FBG色散补偿技术改进放大器的设计和应用

无源光器件（比如光隔离器、泵浦信号合成器、连接器），进一步降低了噪声系数。最后因为中间的输入功率不再受非线性效应影响，噪声系数又进一步降低。因为中间插损减小而获得的噪声系数性能的改善情况参见图3。图中MSA的可变增益区域为10到28dB。

不同中间损耗时噪声系数和增益的关系

另外，更低的中间损耗和整体损耗，以及放大器的简化结构都使泵浦光功率的需求总量降低。泵浦功率需求降低，整个MSA就有可能只用一个泵浦源。不过为了减少一个泵浦源，还要满足一些条件，这就引出了中间接入迟滞时间和瞬态效应抑制问题。

瞬态效应在所有的光网络中都存在，主要是由于普通的网络操作，比如上下波长信道引起的，意外的光纤折断、网络重新路由和重配置等也会引起瞬态效应。瞬态效应需要适当管理以免误码率突增，甚至严重的时候损坏接收机。

通常瞬态效应会有上升和下降时间，一般在毫秒量级，这个时间通常比标准的DCF-DCM的实际反应时间要短。所以，要把瞬态效应的影响降到最小，每一级的放大器都需要在瞬态效应进入该级放大器的时候独立地做出反应，所以每一级都需要独立的泵浦和控制环路。

FBG-DCM的反应时间几乎不存在，这个特点让MSA设计者可以使用一个控制环路就可以控制整个放大器。
 

　　图3. 减少中间损耗即可显著改进中间接入放大器的结构。
 

　　图4. 使用FBG-DCM，中间接入放大器可以简化成很少的器件和很简单的电路。

综合上述考虑，图4是使用FBG进行色散管理的优化MSA。这款设计的优势在于器件数量明显减少（单泵浦、单可变光衰减器、减少了探测器和无源光器件）、电路显著简化（单控制环路取代两个分立的控制环路）。这将降低30%的成本。和传统的MSA结构相比，管脚数量减少50%。如果把FBG的环行器集成到放大器中，还能进一步降低成本。如图5所示。

管脚的减少可以大幅降低系统成本，因为现在一块单板上可以集成更多的器件了。例如，MSA和FBG-DCM可以集成在同一个线卡上或者两个放大器可以集成在同一个封装里面，然后装在一个线卡上。这在ROADM系统中尤其有用，因为ROADM系统要求放大器的各级东、西分开。
 

　　图5. 把FBG-DCM的环行器集成到放大器中，中间接入放大器可以进一步改进。

图6是两个典型的ROADM系统，一个使用FBG-DCM，另一个使用DCF-DCM，可以看出采用了FBG-DCM只需要两块放大器线卡，而使用DCF-DCM则需要四块线卡。

通用构架策略

通过使用基于FBG的色散补偿，除了前面讨论的FBG-DCM优化的MSA外还有几种方式提高光传输的经济性。对于一个给定的光传输链路，如何降低成本和拓扑有关，不过有一些简单和直观的例子可以使经济性的提高立刻突现出来。

利用低插损的特性，几百公里的单模光纤色散补偿可以在一个节点实现，从而使点到点网络的经济性得到很大提高。

图6. 使用FBG-DCM使ROADM的线卡数量减少一半。

低损耗和容许大功率让网络设计者可以把补偿器直接放在转发器侧的合波器之后或者辅助放大器之后。而对于DCF-DCM，如果靠转发器太近，损耗过高会限制色散补偿能力，如果直接放在辅助放大器后面又会引入非线性效益。

对于需要分布式色散补偿的网络，比如最典型的例子是当每个节点对信号的保真度都要求很高的时候，通常会使用MSA或者针对节点的DCM。如前面所说，MSA数量的减少在有些网络中是节省成本的最有吸引力的策略。如果这个策略在网络中广泛应用，和放大器相关的费用可以节省高达40%。

即使在没有使用MSA的网络，插损相关的成本节省也是很可观的。光是使用输出功率较小的放大器，对标准的80km传输距离来说，成本的差价就可以达到20%。

基于FBG的色散管理技术为通信行业网络成本和性能的优化提供了空前的机会。在成本问题，尤其是未来的40G和100G网络的成本问题日益受到关注的今天，人们的目光已经被这项独特而开创性的技术所吸引。世界各地正在部署的上千个不同类型的网络都可证明这一点。