光放大器現狀及發展方向分析
雙擊滾屏 發表日期:2016-01-05   閱讀次數:7457    字體[        ]
導讀: 光通信系統中的光信號,經過一定距離或者一些功能器件后,引起的損耗必須進行功率補償,才能在接收端正確接收。完成這些功率補償的器件,就是光放大器。

1. 背景

  光通信系統中的光信號,經過一定距離或者一些功能器件后,引起的損耗必須進行功率補償,才能在接收端正確接收。完成這些功率補償的器件,就是光放大器。最早的光放大器是光電光(OEO)方式,即接收下來的信號光轉換成電路信號,經過電路處理,再通過光發射器發射出去。這種形式的放大,受電路器件頻帶的制約,放大的功率也不大。現在波分復用系統(WDM)中已經基本不用OEO 放大,但在在一些低速的短距離傳輸中,還有這種應用。后來發展的全光放大器,信號光直接在光波導中放大,不經過電路轉換,解決了OEO 電路制約的問題,并且提供寬譜多波放大,在長距離密集波分復用(DWDM)系統中,得到廣泛應用。光放大器經過多年的發展,主要有以下幾類:

 ?。?)反轉粒子放大器:摻雜離子光纖放大器,例如摻鉺光纖放大器(EDFA)、摻鐠光纖放大器(PDFA)、摻銩光纖放大器(TDFA)等,半導體光放大器是直接電泵浦的反轉粒子放大器;

 ?。?)非線性散射放大器:例如:拉曼放大器、布里淵放大器;

 ?。?)非線性折射放大器:參量放大器;

  第一類放大器的放大波段取決于放大介質摻雜離子或材料類型,第二類和第三類放大器放大波段取決于泵浦波長和材料類型。

  各種類型的光放大器,應用于光通信系統的不同應用中,主要有應用為三類:后置(功率)放大器、線路放大器、前置放大器。這些放大器提供放大的同時,也給系統帶來了放大的自發輻射(ASE)噪聲。降低噪聲的設計,在近來高速系統中是一個迫切的要求。

  2. 光放大器現狀

  光放大器目前的主流是摻鉺光纖放大器(EDFA),摻鉺光纖放大器適合于CBand、 L Band,速率透明、大增益、大帶寬、低噪聲、高功率是使其成為光通信低損耗窗口理想的光放大器。經過多年發展,EDFA 發展了多種應用形式,有單波應用、多波應用、增益可調、可重構等多種形式;EDFA 的小型化和密集程度也在提高,小型化方面,從 MSA ??櫚?HalfMSA ??檣踔罬icro ???,陣列式放大器從4 Array 到 8 Array 甚至 16 Array。各種系統應用形式不斷推動了EDFA 行業的發展,近年來ROADM 和高速系統的發展,使小型化、陣列化成為發展趨勢。拉曼放大器,主要是分布式拉曼放大器(DRA), 用于長距離傳輸, 傳輸光纖作為放大介質,可以在光通信的任意波段進行放大,帶寬大、有效噪聲小,和EDFA 相比,提高了系統的信噪比。經過多年發展,拉曼放大器應用也有很多形式,單波、多波、前向、后向、分布式、分立式等。近年來,隨系統速率的提高,對信噪比越來越敏感,系統對放大器的噪聲提出了越來越高的要求,利用DRA 的低噪聲特點,發展了DRA 和EDFA 的混合放大器。多階分布式拉曼放大器的進一步降低了噪聲,在400Gbps 系統中已經有應用。

  半導體放大器(SOA)是放大器中唯一電泵浦的放大器,可以和很多器件一起實現集成,實現放大、開關、轉換再生等功能。其放大波長范圍寬,可以從0.6um到 1.6um,帶寬也比較寬。不過 SOA 飽和輸出功率小、飽和時多波串擾、噪聲大、偏振相關增益大,限制了它的應用。近年來,SOA 在PON 上有多種應用,用量也逐漸大了起來,不過價格是個問題。

  3. 光放大器發展

  隨著光通信的發展,通信容量的增長是永不停息的追求。近年來, 隨400Gbps、T bps 甚至 P bps 量級的研究,一些不同的光放大器顯露身影。

  光參量放大器(OPA),特別是相位敏感放大器(PSA),在 2010 年后相繼出現在一些文章中。PSA 在放大的同時,可以提供0dB 的噪聲極限,是高速系統中理想的放大器。

  空分復用(SDM) 放大器,分為多芯放大和多模放大。這兩種放大,都是單個放大器并行多路放大的概念,每路也可以再實現 WDM。2012 年,有試驗報道,通過 12 芯 SDM+222 波 WDM,可以實現 52公里 1Pbps 的傳輸。

  這兩種放大器,目前多是試驗階段,還沒有正式商用。

  4. 結論

  光通信技術中,光放大技術是支撐技術之一,光放大器技術隨系統的要求不斷向前發展。OEO 技術、摻雜光纖放大器、SOA、拉曼放大器、參量放大器,這些放大器隨不同的系統要求,以各種形式應用在不同的系統節點。隨著信息產業的發展,適合于不同波段和不同應用的放大技術必將推陳出新,帶來光放大器行業的持續發展和繁榮。