潛力巨大的新型光放大器

　　分布式喇曼放大器也是近期得以廣泛研究和應(yīng)用的新型光放大器方案。由于它在光傳輸系統(tǒng)擴(kuò)容和增加傳輸距離方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力，因而被認(rèn)為是研發(fā)新一代高速超長(zhǎng)距離DWDM光纖通信骨干網(wǎng)中的核心技術(shù)之一。

　　分布式喇曼放大技術(shù)

　　分布式喇曼放大基于光纖受激喇曼散射（SRS）效應(yīng)，一般采用反向泵浦方式，實(shí)現(xiàn)方法如下：將高功率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)激光從光纖跨段的輸出端注入傳輸光纖，該泵浦光的傳輸方向與信號(hào)光傳輸方向相反。泵浦激光器的波長(zhǎng)比信號(hào)光短約100nm。高功率光場(chǎng)泵浦光纖中的組分物質(zhì)產(chǎn)生虛激發(fā)態(tài)；電子從這些虛激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的增益，這里的光放大方式與ED？FA類似。

　　與EDFA放大方式相比，分布式喇曼放大最主要的特點(diǎn)如下：

　　分布式放大。喇曼放大采用傳輸光纖本身作為放大介質(zhì)，增益區(qū)分布在很長(zhǎng)距離（約20km）的傳輸光纖中。這對(duì)降低入纖光功率、減弱光纖非線性效應(yīng)的危害具有非常積極的作用。

　　低噪聲指數(shù)。分布式喇曼放大使信號(hào)光還遠(yuǎn)未到達(dá)傳輸光纖輸出端處即獲得放大，可以降低有效跨段損耗（在G.652光纖上的典型值是5.5dB）。在OSNR演化計(jì)算中，上述有效跨段損耗的降低通常被歸結(jié)為光放大器噪聲指數(shù)的降低，因此一般稱后向泵浦喇曼放大器的等效噪聲指數(shù)為0dB。這在提高單跨段長(zhǎng)度、增加系統(tǒng)OSNR預(yù)算和傳輸距離方面有顯著的優(yōu)勢(shì)。

　　超寬帶光放大。由于喇曼放大的增益波段由泵浦激光器波長(zhǎng)所決定，選擇合適的泵浦激光器波長(zhǎng)，前者的增益范圍可覆蓋1300nm到1700nm的整個(gè)單模光纖低損耗頻段，在1550nm波長(zhǎng)附近連續(xù)增益帶寬達(dá)100nm，尤其適合于S－band、XL－band等常規(guī)EDFA難以放大的波段。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，分布式喇曼放大器也有一些要注意的地方。例如，在機(jī)站集線器處總是有許多光纖連接器和光纖熔接連接。這些光纖連接會(huì)吸收泵浦光功率并產(chǎn)生后向散射，進(jìn)而劣化信號(hào)光的質(zhì)量。此外，后泵浦喇曼放大所帶來的4dB？5dBOSNR改善并不能肯定增加光纖跨段的數(shù)目及傳輸距離，因?yàn)楣饫w跨段的數(shù)目更重要的是由光纖非線性效應(yīng)決定的。

　　除反向泵浦分布式喇曼放大外，還誕生了其它形態(tài)的喇曼放大技術(shù)。比如，采用前向泵浦和雙向泵浦的喇曼放大，可提供更高增益和更低噪聲指數(shù)，并有同時(shí)實(shí)現(xiàn)增益和噪聲指數(shù)平坦的潛力。采用色散補(bǔ)償光纖（DCF）作為增益介質(zhì)制成的分立式喇曼放大器，可在對(duì)傳輸鏈路進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的超寬帶集總式放大，并有調(diào)節(jié)增益斜率的潛力。此外還有采用分布式、分立式喇曼放大器實(shí)現(xiàn)的全喇曼傳輸系統(tǒng)，連續(xù)增益帶寬達(dá)100nm，支持包括S－band、xL－band在內(nèi)的超寬帶傳輸。

　　同樣，這些喇曼放大形態(tài)也有一些固有缺點(diǎn)，比如前向泵浦和雙向泵浦的喇曼放大有較強(qiáng)的泵浦光相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）轉(zhuǎn)移問題，對(duì)喇曼放大器的噪聲特性有明顯影響。特別是在G.655等色散系數(shù)較小的傳輸光纖中，這種RIN轉(zhuǎn)移問題更為嚴(yán)重，會(huì)大大劣化喇曼放大器的噪聲指數(shù)。分立式喇曼放大器的噪聲指數(shù)與EDFA相比尚無明顯優(yōu)勢(shì)，這主要由于：首先，為實(shí)現(xiàn)與EDFA相當(dāng)?shù)脑鲆�，分立式喇曼放大器需要很高的泵浦光功率或較長(zhǎng)的光纖，缺乏經(jīng)濟(jì)效益；其次，DCF中的非線性系數(shù)較大，高增益情況下容易引發(fā)WDM光信號(hào)之間的交叉相位調(diào)制效應(yīng)，造成性能損傷；最后，分立式喇曼放大器的集總增益較大，雙程瑞利背向散射（DRBS）噪聲也很明顯，會(huì)劣化光信號(hào)的實(shí)際OSNR，造成系統(tǒng)性能的損失。DRBS是喇曼放大器增益較大時(shí)的主要噪聲源，它與信號(hào)光同頻，不能用常規(guī)的OSNR和噪聲指數(shù)測(cè)量方法測(cè)試出來。

　　綜上所述，分布式喇曼放大技術(shù)的最佳應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)該是單長(zhǎng)跨距系統(tǒng)，或者ULH傳輸系統(tǒng)中的個(gè)別長(zhǎng)跨距。此外，喇曼放大技術(shù)結(jié)合RZ碼或色散管理孤子，在40Gbit/s波分系統(tǒng)也會(huì)有較明朗的應(yīng)用前景，因?yàn)榇藭r(shí)為保證足夠的誤碼率（BER）指標(biāo)，必須提高單位比特內(nèi)的平均信號(hào)光功率。

　　遙泵及其它放大技術(shù)

　　遙泵技術(shù)是用于單長(zhǎng)跨距傳輸?shù)膶ｉT技術(shù)，主要解決單長(zhǎng)跨距傳輸中信號(hào)光的OSNR受限問題。在對(duì)信號(hào)光進(jìn)行光放大時(shí)，光放大器輸入端的信號(hào)光功率越小，光放大器輸出信號(hào)光的OS？NR越低，這是光放大器產(chǎn)生ASE噪聲的緣故（假設(shè)光放大器具有恒定不變的增益和噪聲指數(shù)值）。因此應(yīng)盡量避免對(duì)低功率信號(hào)光進(jìn)行放大。在單長(zhǎng)跨距傳輸系統(tǒng)中，光纖輸出端口處的光功率總是很小的，經(jīng)光功率放大后，極易造成接收端OSNR受限，因此單長(zhǎng)跨距系統(tǒng)一般都采用更高的入纖光功率。由于高入纖光功率極易引發(fā)多種光纖非線性效應(yīng)并造成系統(tǒng)損傷，因此多波長(zhǎng)傳輸?shù)目偣夤β噬舷抟话阍?0dBm左右。

　　為進(jìn)一步解決OSNR受限的問題，可以在光纖鏈路中間部分對(duì)光信號(hào)進(jìn)行預(yù)先放大。在傳輸光纖中的適當(dāng)位置熔入一段摻鉺光纖，并從單長(zhǎng)跨距傳輸系統(tǒng)的端站（發(fā)射端或接收端）發(fā)送一個(gè)高功率泵浦光，經(jīng)過光纖傳輸和合波器后注入鉺纖并激勵(lì)鉺離子。信號(hào)光在鉺纖內(nèi)部獲得放大，并顯著提高傳輸光纖的輸出光功率。由于泵浦激光器的位置和增益介質(zhì)（鉺纖）不在同一個(gè)位置，因此稱為“遙泵”。

　　遙泵光源通常采用瓦級(jí)的1480nm激光器以克服長(zhǎng)距離光纖傳輸中的損耗問題。根據(jù)泵浦光和信號(hào)光是否在一根光纖中傳輸，遙泵又可以分為“旁路”（泵浦光和信號(hào)光經(jīng)由不同光纖傳輸）和“隨路”（兩者通過同一光纖傳輸）兩種形態(tài)。隨路方式中泵浦光還可以對(duì)光纖中的信號(hào)光進(jìn)行喇曼放大，從而進(jìn)一步增加傳輸距離，更為重要的是可節(jié)省傳輸光纖資源，因此獲得了更多應(yīng)用。

　　遙泵技術(shù)還通常綜合應(yīng)用其它新技術(shù)，如光纖有效截面管理、二階喇曼泵浦、兩級(jí)遙泵增益區(qū)等。光纖有效截面管理是在傳輸光纖輸入端采用一段大有效截面的光纖以降低光纖非線性效應(yīng)和增加入纖光功率，而在存在喇曼放大的光纖路徑上采用有效截面較小的傳輸光纖，實(shí)現(xiàn)更大的喇曼增益。二階喇曼泵浦是在遙泵光源的光路上同時(shí)注入另一束高功率短波長(zhǎng)激光，其波長(zhǎng)比泵浦光短約100nm，使遙泵光源獲得喇曼增益，提供更大的泵浦光功率。兩級(jí)遙泵增益區(qū)是指在傳輸光纖中熔入兩段鉺纖，并在傳輸光纖兩端同時(shí)注入遙泵光源，實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的兩次放大。采用遙泵技術(shù)，目前在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)的單長(zhǎng)跨距傳輸距離已經(jīng)達(dá)到420km。

　　總之，遙泵傳輸技術(shù)是在光纜線路中插入摻鉺光纖等增益介質(zhì)以提供光放大，同時(shí)在該點(diǎn)不需要供電設(shè)施，也無須人員維護(hù)，適合用于穿越沙漠、高原、湖泊、海峽等維護(hù)、供電不便的地區(qū)。不便之處是要在適當(dāng)?shù)奈恢们袛喙饫w，將摻鉺光纖串聯(lián)到原光纖中，施工改動(dòng)的工作量和難度較大。