|
1.西安電子科技大學 技術物理學院 2.深圳高等職業(yè)技術學院 3.華中科技大學 激光技術國家重點實驗室 摘 要：文章闡述了光纖拉曼放大器（FRA）在延長系統(tǒng)傳輸距離，提高單信道比特率，減少信道間距，擴展傳輸頻譜，S波段放大及提供高增益方面的巨大作用，同時介紹了FRA的最新成果. 關鍵詞：光纖拉曼放大器；頻譜利用率；超寬帶放大器；S波段放大器；高增益 摻鉺光纖放大器(EDFA)是目前發(fā)展最為成熟的光纖放大器，在1 530～1 565 nm波段（C波段）具有高增益、低噪聲和可多路放大的優(yōu)點.但是C波段僅占光纖低損耗頻譜的一小部分，因此人們又開發(fā)了L波段（1 570～1 620 nm）的EDFA和S波段（1 480～1 530 nm）的TDFA等其它波段的光放大器.然而，這當中最為引人注目的是光纖拉曼放大器（FRA），因為它是唯一一種光纖基全波段放大器.本文將重點介紹近年來利用FRA（包括分布式拉曼放大器（DRA））在延長傳輸距離、提高頻譜利用率、實現(xiàn)超寬帶放大和在S波段放大方面取得的新成果和采用的新技術. 1利用DRA延長傳輸距離和提高頻譜利用率 圖1所示為采用DRA＋EDFA放大與只采用EDFA放大時信號功率的演化情況.從圖中可以看出，同樣的中繼距離下，前者信號功率起伏變化較小，既沒有在每段光纖輸入端超過非線性閾值，也沒有在傳輸中衰減很多，因而有效地提高了系統(tǒng)的光信噪比(OSNR)，減少了非線性失真，降低了所需信號輸入功率，延長了系統(tǒng)傳輸距離.對10 Gbit/s或更低速率的系統(tǒng)來說，傳輸距離主要受光纖衰減的影響，典型的中繼距離為80 km.T.Terahra等采用DRA放大，使SSMF(標準單模光纖)系統(tǒng)OSNR提高了3.7～4.3 dB，中繼距離達到140 km[1].對于40 Gbit/s系統(tǒng)，其傳輸距離主要受自相位調(diào)制（SPM）和群速色散（GVD）造成的波形失真的限制，采用DRA可以減少SPM，其增益光纖采用色散管理光纖（DMF）還可以減少GVD的影響.Sugabara.H.等人利用DRA和DMF實現(xiàn)了32×42.7 Gbit/s×6 050 km(信道數(shù)×單信道比特率×傳輸距離)的傳輸，全部采用拉曼放大而沒有使用昂貴的3R中繼[2].DRA還可使信道間距減小，速率增加，從而提高頻譜利用率.以速率為10 Gbit/s、信道間隔為100 GHz的系統(tǒng)為例，其頻譜利用率為0.1 bit/s/Hz.通過使用DRA 和光時分復用（OTDM）技術，W.S.Lee等人將單信道比特率提高到80 Gbit/s，實現(xiàn)了32×80 Gbit/s×120 km無中繼傳輸，頻譜利用率達到0.8 bit/s/Hz[3].Takayuki Miyakawa利用DRA將信道間距縮小為50 GHz，實現(xiàn)了64×40 Gbit/s×230 km的無中繼傳輸，頻譜利用率也達到0.8 bitsHz[4].  2利用FRA實現(xiàn)超寬帶放大 在多波段的WDM系統(tǒng)中，使用超寬帶放大器與使用EDFA放大相比也有很多好處.超寬帶放大器不需要將信號先分成C和L波段，然后分別進行放大，因而結(jié)構(gòu)簡單可靠，不需要為分/復用器預留頻率空間，同時可減少損耗.FRA可以獨立或者與EDFA配合完成超寬帶放大，其關鍵是在很寬的頻率范圍內(nèi)保證對所有信道一致的放大.這可以通過使用增益平坦濾波器（GFF）或者采用增益平坦化的泵浦設計來實現(xiàn).前者簡單易行，后者計算上比較麻煩，但可減少功率損耗.前者如Foursa.D.G.所做（見圖2）[5]，由980 nm泵浦的EDFA負責C波段的放大，由1 497 nm拉曼泵浦源負責L波段的放大.其增益譜線由于疊加在1 535（EDFA產(chǎn)生）、1 560（疊加產(chǎn)生）和1 600 nm（拉曼放大產(chǎn)生）附近出現(xiàn)3個增益峰值，大小為1.5～2 dB.而在1 540和1 560 nm附近出現(xiàn)兩個0 dB左右的谷底.采用GFF后將所有信號增益控制在0 dB左右，這樣實現(xiàn)了80 nm帶寬、256×10 Gbit/s×11 000 km的傳輸.  這種方法雖然取得了不錯的效果，但對信號功率的損耗比較大.對于多波長泵浦的FRA（MWFRA），其總增益譜是各個泵浦源增益譜的疊加，如果合理地選擇泵浦源的波長和功率，可以使得總增益譜盡量平坦.這時可以采用諸如神經(jīng)網(wǎng)絡、模擬褪火和遺傳算法等設計出合理的泵浦源選擇算法來尋求最優(yōu)化的組合，而不需要使用GFF.Victor E.P.從理論上得到的最好的情況是可以在83 nm帶寬上實現(xiàn)輸出信號功率在0.05 dB內(nèi)變化[6].Naito.T.等人采用1 408、1 439、1 470、1 502和1 535 nm 5個泵浦源實現(xiàn)了136.6 nm信號帶寬上30×10 Gbit/s×120 km的傳輸，平均增益10.5 dB，起伏為2 dB[7].這個結(jié)果雖然與實際應用還有距離（其信道間距達5 nm，增益起伏達平均增益的20％），但為超寬帶MW-FRA放大器發(fā)展奠定了基礎. 3分離式拉曼放大器（LRA）的發(fā)展 上面所討論的寬帶放大器都是所謂DRA，由于采用傳輸光纖作增益介質(zhì)，提供的增益較小，在各種器件損耗和插入熔接損耗比較大時往往還需要借助EDFA的幫助.但是EDFA只能提供C和L波段的放大，因而需要高增益的S波段放大器或者全波段放大器.LRA可以采用特殊設計的光纖如DCF光纖或者碲基光纖.目前DCF光纖拉曼增益系數(shù)比SSMF提高了10倍左右，作為拉曼增益介質(zhì)后還可以組成所謂色散補償模塊（DCM）.Puc.A.B.等人設計的SLRA（S波段LRA），采用DCF光纖作增益介質(zhì)組成兩級放大，每級采用兩個泵浦波長，其間再采用GFF以保證S波段平坦放大，其增益可以達到30 dB，而噪聲系數(shù)只有5.5 dB左右，可同時補償損耗和色散，實現(xiàn)了1 493.36～1 521.77 nm波段信號20×10 Gbit/s×876 km的傳輸.LRA還可采用碲基光纖，其拉曼增益系數(shù)比石英光纖要高16倍，峰值達到55/W/km.H.Masuda 等人設計的LRA采用3級放大，其中兩級采用碲基光纖，一級采用DCF作為增益介質(zhì)，以同時補償損耗和色散.結(jié)果在135 nm（1 497～1 632 nm）帶寬上獲得最低22.8 dB、最高34.6 dB的增益，噪聲系數(shù)＜8.3 dB.后來他們又在實驗中加入了增益平坦器以減少增益起伏，并對SMF進行分布式拉曼放大，以補償S波段由于光纖衰減較大和信道間受激拉曼散射（SRS）造成的衰減，其結(jié)果是實現(xiàn)了313×10.7 Gbit/s×160 km的傳輸，信道間距為50 GHz. 4結(jié)束語 本文首先介紹了FRA在延長系統(tǒng)傳輸距離，提高單信道比特率，減少信道間距，擴展傳輸頻譜方面取得的最新的成果，然后重點介紹了LRA在提供S波段放大和寬帶高增放大方面的進展，可見FRA在任何波段都可以取得良好的放大效果.隨著高功率泵浦源的愈加成熟，F(xiàn)RA必將有力地推動光纖通信的發(fā)展. 參考文獻 ［1］Terahra T, Hoshida T. 128×10.66 Gbit/s transmission over 840 kmstandard SMF with 140 km optical repeater spacing employing dualband distributed Raman amplification [A].OFC2000 [C]. Baltimore: 2000. ［2］Sugabara H, Fukuchi K, Tanaka A, et al. 6 050 km transmission of 32×42.7 Gbit/s DWDM signals using Ramanamplified quadruplehybrid span configuration [A]. OFC2002 [C]. Anaheim, California: IEEE, 2002. 887-889. ［3］Lee W S , Miyakawa T, Morita I, et al.2.56 Tbit/s capacity, 0.8 bit/s/Hz DWDM transmission over 120 km NDSF using polarisationbitinterleaved 80Gbit/s OTDM signal [A]. OFC2001 [C]. Anaheim,: OSA, 2001. PD26. ［4］Takayuki, Miyakawa. 2.56 Tbit/s unrepeatered 230 km transmission with 0.8 bit/s/Hz spectral efficiency using lownoise fiber Raman amplifier and 170 μm2-Aeff fiber [A]. OFC2001 [C]. Anaheim: OSA, 2001. PD26-P1-3. ［5］Foursa D G, Davidson C R, Nissov M, et al. 2.56 Tbit/s (256×10 Gbit/s) transmission over 11 000 km using hybrid Raman/EDFAs with 80 nm of continuous bandwidth [A].OFC 2002 [C]. Anaheim, California: IEEE, 2002. 878-880. ［6］Victor E Perlin, Herbert G Winful. Optimal design of flatgain wideband fiber Raman amplifier [J]. Journal of lightwave technology, 2002, 20(2):250-254. ［7］Naito T, Tanaka T, Torii K, et al. A broadband distributed Raman amplifier for bandwidths beyond 100 nm [A]. OFC 2002 [C]. Anaheim, California: IEEE, 2002. 116-117. |
|
|
來自： daydream > 《數(shù)字電視傳輸技術》
