铁通公司网络运行部工程师 汪兆辉
20世纪80年代发明的掺铒光纤放大器(EDFA)可以对光信号实现波长透明、速率透明和调制方式透明的放大，节省了在长途光传输系统中对光信号进行电再生所需要的昂贵的中继器，从而促进了波分复用(WDM)技术在全球大规模应用。在中国，2.5G的DWDM系统建设开始于1997年，近年来，随着技术的飞速发展，各种光纤放大器又进一步扩大了增益带宽和传送距离，将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。目前，波分复用系统朝着系统波道数量更多(8波-16波-40波-80波-160波)、单信道传输率更高(2.5G-10G-40G)，传输距离更远(400公里-600公里-2000公里)的趋势发展，对光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求。
光纤放大器的类别
光纤放大器解决了光纤自身衰减对光网络传输距离的限制，使密集波分复用与远距离传输成为可能。目前商用的光纤放大器从类型上可以分为三类：掺铒光纤放大器(EDFA)、光纤拉曼放大器(FRA) 和半导体光放大器(SOA)等。
(1)掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器(EDFA)从1994年开始商用，现已成为DWDM系统的关键器件，推动了光纤通信向远距离多波道方向的发展。在EDFA放大器中，泵浦源提供高能量的光功率，泵浦的能量通过掺铒光纤转换到1550nm区域实现光信号的放大。在这个光的信号放大过程中，所有的信号光波长同时得到增益，因此EDFA放大器是一种可靠的系统。EDFA通常工作在1530～1565nm光纤损耗最低的窗口，具有输出功率大、增益高、噪声系数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，同时放大多路波长信号等一系列的特性，在长途波分复用传输系统中得到了广泛的应用。然而随着因特网技术的迅速发展，要求光纤传输系统的传输容量要不断地扩大，面对传输容量的扩大。EDFA系统受限于带宽的利用，EDFA的有效增益谱范围带宽大约为40nm，不能满足大容量系统的要求。另外，在多个EDFA级联的系统中，连续积累的放大器噪声(ASE)也会限制系统的传输距离。
(2)光纤拉曼放大器(Fiber Raman Am-plifier)
与EDFA放大器相反，拉曼放大器可以在整个光谱带宽上对信号进行有效的放大，放大的光谱范围是由光泵浦源决定。由于增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素的限制，理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光，拉曼放大器是唯一能在1292nm到1660nm的光谱上进行放大的器件。拉曼散射效应在所有类型的光纤上都存在，增益介质为普通的光纤，与各类光纤系统具有良好的兼容性，包括早已铺设的各种光纤链路和新建的光纤链路。除此以外，拉曼放大器的串扰小、噪声低、频谱范围宽、增益高、温度稳定性好，拉曼放大器可以为长途光传输网络提供宽带增益。拉曼放大器的另一个特点是它的总成本较低。拉曼放大器的以上特性，使其在超远距离光传输系统与长途波分复用系统中扮演着重要的角色。
(3)半导体光放大器(Semiconductor Op-tical Amplifier)
半导体放大器(SOA)构造与原理近似激光二极管，可应用于1310/1550nm两种波长。结构简单、功耗低、寿命长、成本低。与掺铒光纤放大器相比，半导体光放大器存在着噪声大、功率较小、对串扰和偏振敏感、与光纤耦合时损耗大，工作稳定性较差等缺陷，其性能与掺铒光纤放大器仍有较大的差距。
拉曼放大器的工作原理
拉曼散射效应发现于1928年，科学家们在1973年从实验上证实了光纤中的拉曼放大效应，即利用光纤中的内在属性来进行信号的放大。在拉曼放大器中，光纤本身成为放大器的一部分，因而在光纤内部光信号将同时进行着放大和衰减。
分布式拉曼放大器的光学原理是受激拉曼散射(SRS)，这是当高能量的光信号在光纤中传输时产生的一种非线性现象。当强的短波长泵浦光以一定强度与弱信号光同时在光纤中传送，弱信号光在光纤中被放大。利用这种受激拉曼散射原理设计的放大器为光纤拉曼放大器。
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----《通信产业报》
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