掺铒光纤放大器

增益平坦控制

　　在DWDM 系统中，复用的光通道数越来越多，需要串接的光放大器数目也越 来越多，因而要求单个光放大器占据的谱宽也越来越宽。 然而，普通的以石英光纤为基础的掺铒光纤放大器的增益平坦区很窄，仅在 1549nm 至1561nm 之间，大约12nm 的范围，在1530nm 至1542nm 之间 的增益起伏很大，可高达8dB 左右。这样，当DWDM 系统的通道安排超出增 益平坦区时，在1540nm 附近的通道会遭受严重的信噪比劣化，无法保证正 常的信号输出。

　　为了解决上述问题，更好地适应DWDM 系统的发展，人们开发出以掺铝的硅 光纤为基础的增益平坦型EDFA 放大器，大大地改善了EDFA 的工作波长带 宽，平抑了增益的波动。目前的成熟技术已经能够做到1dB 增益平坦区几乎 扩展到整个铒通带（1525nm～1560nm），基本解决了普通EDFA 的增益不 平坦问题。未掺铝的EDFA 和掺铝的EDFA 的增益曲线对比如图1所示。

　　图1 EDFA 增益曲线平坦性的改进

　　技术上，将EDFA 光放大器增益曲线中1525nm～1540nm 范围称做蓝带区，将1540nm～1565nm 范围称作红带区，一般来说，当传输的容量小于40Gbit/s时，优先使用红带区。EDFA 增益不平坦和平坦性能比较如图2所示。

　　图2 EDFA 增益平坦示意图

增益锁定

　　EDFA 的增益锁定是一个重要问题，因为WDM 系统是一个多波长的工作系 统，当某些波长通道丢失时，由于增益竞争，其能量会转移到那些未丢失的 通道上，使其它波长通道的功率变高。在接收端，由于电平的突然提高可能 引起误码，而且在极限情况下，如果8 路波长通道中的7 路丢失时，所有的 功率都集中到所剩的一个通道上，功率可能会达到17dBm 左右，这将带来强 烈的非线性或接收机接收功率过载，产生大量误码。因此需要对EDFA 的增 益进行锁定，使单个通道的增益不至于因为总通道数量的变化而变化。

　　EDFA 的增益锁定有许多种技术，典型的有控制泵浦光源增益的方法。EDFA 内部的监测电路通过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输 入的某些波长通道丢失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值会 增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出功率，保持EDFA 增益（输出/输入） 不变，从而使EDFA 的总输出功率减少，保持输出信号电平的稳定。如图所示。

　　图 控制泵浦光源增益锁定技术

　　另外还有饱和波长的方法。在发送端，除了8 路工作波长外，系统还发送另 一个波长作为饱和波长，在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的 某些通道丢失时，饱和波长的输出功率会自动增加，用以补偿丢失的各波长 通道的能量，从而保持EDFA 输出功率和增益保持恒定，当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的输出功率会相应减少，这种方法直接控制饱和波长激 光器的输出，响应速度较控制泵浦源要快一些。

局限性

　　EDFA 解决了DWDM系统中的线路损耗问题，但同时也带来了一些新的问题， 仍有待进一步研究解决。

　　非线性问题

　　虽然EDFA 的采用提高了光功率，但是这个光功率并非越大越好。当光功率 大到一定程度时，光纤将产生非线性效应（包括受激拉曼散射和受激布里渊 散射等），尤其是受激布里渊散射（SBS）受EDFA 的影响更大，非线性效 应会极大地限制EDFA 的放大性能和长距离无中继传输的实现。

　　光浪涌问题

　　由于EDFA 的动态增益变化较慢，在输入信号功率跳变的瞬间，将产生光浪 涌，即输出光功率出现尖峰，尤其是当EDFA 级联时，光浪涌现象更为明显。 峰值光功率可以达到几瓦，有可能造成光/电变换器和光连接器端面的损坏。

　　色散问题

　　采用EDFA 以后，因衰减限制无中继长距离传输的问题虽然得以解决，但随 着距离的增加，总光纤色散也随之增加，原来的功率受限系统变成了色散受 限系统。

　　光信噪比（OSNR）问题 EDFA 会在几十纳米宽的光谱区内产生所谓放大的自发辐射（ASE），与ASE 有关的差拍噪声会引起接收端OSNR 劣化。这种差拍噪声随级联光放大器数 目的增加而线性增加，因此，误码率随光放大器数目的增加而劣化。此外， 噪声是随放大器的增益幅度以指数形式积累的。

工作原理

　　为了实现光功率放大的目的，将一些光无源器件、泵浦源和掺铒光纤以特定 的光学结构组合在一起，就构成了EDFA 光放大器。图是一种典型的双 泵浦源的掺铒光纤放大器光学结构。

　　图 EDFA 光放大器内部典型光路图

　　如图所示，输入信号光和泵浦激光器发出的泵浦光经过WDM 器件合波 后进入掺铒光纤EDF，其中两只泵浦激光器构成两级泵浦，EDF 在泵浦光的 激励下可以产生放大作用，从而也就实现了放大光信号的功能。