拉曼放大技术在光纤通信系统中的应用

[摘 要]在长途和超长的DWDM光纤系统市场中，由于拉曼放大在光传输系统扩容和增加传输距离方面具有巨大的优势和潜力，被认为是新一代高速超长距离DWDM光纤通信骨干网中的核心技术之一。

[关键词]拉曼发大 光纤 通信 DWDM

中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0213-01

引言

在信号放大段内的光信号的光强分布与放大方案有很大关系，并可通过拉曼泵浦功率和泵浦方向来控制。通过仔细地选择泵浦光波长，传输光纤长度和种类，可以制定出多种优化方案，例如，通过频率相关的拉曼增益来实现整体增益的平坦，优化可以通过数字模拟来研究和分析。考虑到发射机的色散容限，选择补偿100km的色散补偿模块。实验结果为：拉曼放大器为增益11dB时，系统灵敏度为-35.5dBm；拉曼放大器增益为16dB时，系统灵敏度为-36.5dBm；拉曼放大器增益为20dBm时，系统灵敏度为37.5dBm。实验结果表明，将拉曼故大器和EDMA结合而形成的混合放大器将大大提高10Gbit/s系统的接收性能。

一、 在单纤单向WDM系统中拉曼放大器的应用

多波段WDM中分布式拉曼放大器的设计方案，采用多泵浦源，对波长区间为80nm宽的WDM信号进行增益均衡。信号波长覆盖近82nm，波长间隔为50GHZ，共计波长的发送光功率为-3dB左右，光纤为60Km的SSMF，8泵源后向拉曼放大，8个拉曼泵浦源的输出光功率范围为19.5～21.5dBm，通过对选择泵浦波长的优化，能够保证很好的增益平坦度。泵浦源的波长间宽为86mm，8个波长的间隔不均匀，与WDM信号波长的差值为77～163mm，注意其中波长最短的4个泵浦的间距基本相同，其他4个的间距要大很多。对于泵浦波长间距的选择有两个原因，首先，拉曼增益响应是非对称的，在泵浦波长与信号波长差值小于100mm时，增益与差值呈线性增长，其次，泵浦和泵浦间有着很强的相互作用，由于拉曼泵浦的间隔跨度为86mm，相互之间的拉曼放大已经很严重了。短波长的拉曼泵浦对于长波长的泵浦而言也可看成发大器。

二、 与EDFA混合使用实现宽带平坦增益的放大

拉曼放大器除了可以单独作为分布式放大器使用外，另外一个应用方式就是EDFA和拉曼放大器的混合使用，特点是在一个很宽的带宽范围内提供平坦的增益。中继器中可以将EDFA的非平坦增益运用更加灵活的拉曼增益来进行补偿。这里可以使用多波长泵浦来“塑造”拉曼增益曲线，使其刚好达到这个效果。同时，拉曼放大器本身可以作为放大器用于放大EDFA无法放大的区域。在宽频WDM中，一些频带使用常规的EDFA结构进行放大，而另一些利用拉曼效应和适当的泵浦波长，通过拉曼放大对现有的系统增加通信窗口来升级也是一个很有吸引力的应用。拉曼放大器的增益较低，而EDFA虽然噪声指数不如拉曼放大器，但是小信号增益可以超过30dB，因此将拉曼放大器和EDMA结合起来的混合放大器是一种理想的应用方式。掺饵光纤放大器和拉曼放大器的结合，可以在很宽的范围内保证群路信号的平坦性，利用拉曼增益的可调节性，弥补EDFA放大的不平坦性。同时EDMA所不能放大的波长区域，拉曼放大器可以正常工作。

混合EDMA和拉曼放大的应用方式在最近的设计中很成功地利用大容量高光信噪比的DWDM中，或长放大距离的应用中，如架设光缆。

三、 DWDM其工作原理是：

进入放大单元的光信号首先被均衡器进行均衡，同时使用拉曼光纤放大器（RFA）提高光信号的信噪比；然后，复用在光纤中的C波段光信号和L波段光信号通过LC分波器进行分波，各自进入光放大器OA分段放大，补偿损耗；放大的同时，光信号还通过由DCF组成的色散补偿模块DCM进行色散补偿，而增益调节和锁定单元可以活动态调节光放大器的增益并锁定各通路输出的功率；C波段光信号在放大前通过1510mm/1550mm分波器OSC监控信号再次进行分波，在放大过后两者又通过1510mm/1550mm合波器进行合波；最后经过放大了的L波段光信号和C波段信号再通过L/C分和波器进行合波，然后输出。

四、该方案具有以下的优点

1. 增加了系统可用宽带，使用C波段1530～1565mm的35mm宽带和L波段1510～1565mm的55mm带宽，使系统的可用带宽达到85mm，大大提升了系统的容量。

2. 具有动态增益调节和锁定功能，系统加入了调节和锁定单元，使得在进行信号放大时，可以动态调节和锁定增益。

3. 在放大光信号的同时，可以通过DCF进行色散补偿。

4. 均衡单元对可以对信号进行均衡，改善放大器增益的不平坦性，同时FRA的使用可以调高各个通路的信噪比。

结束语：

目前，采用分布式拉曼放大器和EDFA构成的混合式光纤放大器方案已成为高容量骨干网中的流行配置，在超长单跨和超长距离传输中有极明朗的应用背景。例如40Gbit/s系统中，为保证足够的误码率（BER）指标，必须提高单位比特内的平均信号光功率。为保证现今的跨距长度并且防止非线性效应危害，采用分布拉曼放大技术成为优选方案之一。随着两用化半导体泵浦激光器价格的不断下调，分布式拉曼放大技术的实用化程度也不断提高，现在已经参与网络运营。

参考文献

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