掺铒光纤放大器

在DWDM系统中，多路复用光信道的数量正在增加，并且需要级联的光放大器的数量正在增加，这需要单个光放大器占据更宽的频谱宽度。然而，普通的石英纤维基掺铒光纤放大器具有窄的增益平坦区域，范围从1549nm到1561nm，在大约12nm的范围内，并且1530nm和1542nm之间的增益波动非常大，高达约8 dB。
。因此，当DWDM系统的信道布置超过增益平坦区域时，大约1540nm的信道遭受严重的信噪比降级，并且不能保证正常的信号输出。
为了解决上述问题并更好地适应DWDM系统的发展，开发了一种基于铝掺杂硅光纤的增益平坦EDFA放大器，大大提高了EDFA的工作波长带宽，稳定了增益波动。目前成熟的技术已经能够实现1dB增益平坦区域，几乎延伸到整个通带（1525nm至1560nm），这基本上解决了普通EDFA增益不均匀的问题。
未掺杂EDFA和铝掺杂EDFA的增益曲线的比较如图1所示。图1 EDFA增益曲线平坦度的改善技术上，EDFA光放大器增益曲线中1525nm至1540nm的范围称为蓝带， 1540nm至1565nm的范围称为红色带。
一般来说，当传输容量小于40Gbit时使用/ s时，红色区域是首选。 EDFA增益不均匀性和平坦度性能比较如图2所示。
图2 EDFA增益平坦度图EDFA的增益锁定是一个重要问题，因为WDM系统是一个多波长操作系统。当一些波长信道丢失时，它们的能量被转移到那些由于增益竞争而没有丢失的信道。
增加其他波长信道的功率。在接收端，电平的突然增加可能导致误码，在极端情况下，如果8个波长信道中的7个丢失，则所有功率都集中在剩余的一个上，并且功率可能达到17dBm左右，这将是带来强烈的非线性或接收器接收功率过载，导致大量错误。
因此，必须锁定EDFA的增益，以便单个通道的增益不会随着总通道数的变化而改变。 EDFA的增益锁定有许多技术，通常采用控制泵浦源增益的方法。
内部EDFA监控电路通过监控输入和输出功率的比率来控制泵浦源的输出。当一些输入波长信道丢失时，输入功率减小，并且输出功率与输入功率的比率增加。
，降低泵浦源的输出功率，保持EDFA增益（输出/输入）不变，从而降低EDFA的总输出功率，保持输出信号电平稳定。如图所示。
图控制泵浦源增益锁定技术还有一种饱和波长的方法。在发送端，除了8路工作波长之外，系统还发送另一波长作为饱和波长。
在正常条件下，波长的输出功率很小。当线路的某些信道丢失时，饱和波长的输出功率自动增加，以补偿每个波长信道的能量损失，从而保持EDFA输出功率和增益恒定。
当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的输出功率将相应减小。该方法直接控制饱和波长激光。
输出，响应速度比控制泵浦源更快。 EDFA解决了DWDM系统中的线路损耗问题，但也带来了一些新问题，需要进一步研究和解决。
非线性问题虽然EDFA的采用增加了光功率，但这种光功率并不是那么大。当光功率足够大时，光纤将产生非线性效应（包括受激拉曼散射和受激布里渊散射），特别是受激布里渊散射（SBS）受EDFA的影响更大。
非线性效应可以极大地限制EDFA的放大性能和长距离非中继传输的实现。光浪涌问题是由于EDFA动态增益的缓慢变化。
在输入信号功率跳变的瞬间，将发生光浪涌，即输出光功率将尖峰，特别是当EDFA级联时，光浪涌现象更加明显。 。
峰值光功率可以达到几瓦，这可能导致光/电转换器和光连接器的端面损坏。色散问题在使用EDFA之后，解决了由于衰减引起的非中继长距离传输的问题，但随着距离的增加，总光纤色散增加，并且原始功率受限系统变为色散受限系统。
光信噪比（OSNR）问题EDFA在数十纳米宽的光谱区产生所谓的放大自发发射（ASE）。 ASE相关的差拍噪声可能导致接收端的OSNR降级。
随着级联光放大器的数量增加，该差拍噪声线性地增加，因此，随着光放大器的数量增加，误码率恶化。此外，噪声随放大器的增益幅度呈指数累积。
出于光功率放大的目的，一些光学无源元件，泵浦源和掺铒光纤以特定的光学结构组合以形成EDFA光学放大器。该图是典型的双泵浦掺铒光纤放大器光学结构。
EDFA光放大器内部的典型光路图如图所示。来自泵浦激光器的输入信号光和泵浦光由WDM装置组合并进入掺铒光纤EDF。
两个泵浦激光器形成两级泵EDF。在泵浦光的激发下，可以产生放大效应，从而实现放大光信号的功能。