1、前言

在拉曼放大器（Raman amplifier, RFA）及摻鉺光纖放大器（Erbium-doped optical fiber amplifier, EDFA）應(yīng)用之初，就有將兩種放大器混合使用的報(bào)道[1]。這種混合使用的放大器同時(shí)有RFA的低噪聲指數(shù)（noise figure, NF）和EDFA的高增益，所以早期混合放大器（hybrid amplifier, HYFA）主要做為長跨距以及超長距離傳輸?shù)慕鉀Q方案，以提高系統(tǒng)的光信噪比（signal-to-noise ratio, OSNR）[2-5]。對于下一代100G高速傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)OSNR要求更為嚴(yán)格，HYFA將有更廣泛的應(yīng)用。這也對HYFA提出許多新的要求，如小體積、低成本、使用方便以及更優(yōu)的性能等等。針對上述要求，光迅科技將RFA與EDFA有效集成，推出了能夠滿足實(shí)際光傳輸系統(tǒng)要求的HYFA產(chǎn)品。

2、HYFA技術(shù)方案

關(guān)于RFA與EDFA的混合使用，主要有三種結(jié)構(gòu)：后向泵浦分布式RFA做為EDFA的預(yù)放、前向泵浦分布式RFA做為EDFA的功率放大器、以EDFA中間色散補(bǔ)償光纖做為增益介質(zhì)的集中RFA。這三種結(jié)構(gòu)都能夠有效地提高系統(tǒng)OSNR。光迅科技推出的HYFA產(chǎn)品就是采用第一種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖見下圖1。為降低成本，拉曼放大部分采用單泵浦結(jié)構(gòu)。EDFA部分集成增益平坦度濾波器。

圖1：Hybird 放大器結(jié)構(gòu)示意圖

3、光迅科技HYFA技術(shù)特征

光迅科技有成熟的RFA、EDFA產(chǎn)品，在光放大器領(lǐng)域有多項(xiàng)發(fā)明專利。同時(shí)在兩種放大器混合使用方面也有很多成功案例[6]。所以光迅科技更清楚放大器的性能以及系統(tǒng)要求，針對100G傳輸系統(tǒng)推出的HYFA也就有更優(yōu)的系統(tǒng)指標(biāo)。光迅科技推出的HYFA有以下技術(shù)特征：

激光安全等級(jí)Class 1M

激光安全是光傳輸系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC60825的第二部分的要求，應(yīng)該符合CLASS 1M安全等級(jí)要求[7]。這表明，當(dāng)由于意外原因使得光連接器開路或光纖線路故障時(shí)，要求與傳輸相關(guān)的所有激光器和發(fā)射機(jī)的功率應(yīng)降低到安全水平值以下。G.664提供了所有光傳輸設(shè)備中激光安全的有關(guān)信息[8]。

對于后向分布式RFA，沿傳輸光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲較大。所以即使前面光纖發(fā)生斷開故障時(shí)，產(chǎn)生的ASE仍沿著系統(tǒng)方向傳輸。這就使得EDFA 系統(tǒng)經(jīng)常使用的輸入無光關(guān)斷的控制方式在此不太適用。為了解決這個(gè)問題，需要準(zhǔn)確判斷線路情況及RFA輸入信號(hào)光功率，方法包括泵浦反射監(jiān)測及帶外ASE功率監(jiān)測等方式。光迅科技在該技術(shù)方面有自己的專利技術(shù)，采用該技術(shù)能夠精確上報(bào)輸入信號(hào)光功率。從而實(shí)現(xiàn)放大器的無光關(guān)泵或眼保護(hù)功能。光迅科技推出HYFA產(chǎn)品能夠在輸入信號(hào)光功率丟失時(shí)，500ms內(nèi)完成關(guān)泵或眼保護(hù)。

超低的偏振相關(guān)增益（PDG）

拉曼增益有明顯的偏振相關(guān)性，信號(hào)光與泵浦光偏振態(tài)垂直時(shí)的拉曼增益要遠(yuǎn)小于偏振態(tài)平行時(shí)的增益。為解決該問題，可以采用泵浦偏振態(tài)復(fù)用或者對泵浦激光器 進(jìn)行退偏等等。泵浦偏振復(fù)用會(huì)造成拉曼泵浦激光器增多，造成成本增加；在泵浦激光器退偏方面，光迅科技擁有專利技術(shù)的產(chǎn)品，退偏后的泵浦光的偏振度小于5%。整個(gè)HYFA產(chǎn)品的PDG小于0.3dB。

精確的輸入信號(hào)檢測

在前面也提到，為實(shí)現(xiàn)放大器的激光安全等級(jí)滿足CLASS 1M，需要準(zhǔn)確上報(bào)放大器的輸入信號(hào)光功率。采用光迅科技的專利技術(shù)，放大器的輸入信號(hào)光功率可以準(zhǔn)確上報(bào)-35dBm。在實(shí)際工程中，無光輸入告警門限只要設(shè)置不低于-35dBm。一旦傳輸線路出現(xiàn)故障，就會(huì)使放大器的無光輸入告警，放大器依此就可以實(shí)施關(guān)泵或者降低泵浦輸出等操作。同時(shí)精確上報(bào)輸入信號(hào)光功率，也是對線路情況的監(jiān)測，有利于通信工程的開通及維護(hù)。

4、RFA自動(dòng)增益控制

RFA的增益是指拉曼開-關(guān)增益，其定義在拉曼泵浦激光器開啟時(shí)的B點(diǎn)信號(hào)光功率（dBm，見圖1）與泵浦激光器關(guān)閉時(shí)的A點(diǎn)信號(hào)光功率（dBm，見圖1）之差。拉曼開-關(guān)增益與實(shí)際應(yīng)用情況的關(guān)系非常密切：

A、不同光纖類型的拉曼增益系數(shù)是不同的，如常用的SMF-28、Leaf、Truewave等；

光纖的衰減系數(shù)對拉曼增益影響非常大，當(dāng)拉曼開-關(guān)增益為10dB時(shí)，光纖衰減系數(shù)每變化0.01dB/km，實(shí)際增益變化約0.5dB；

當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)上/下波時(shí)，輸入光信號(hào)功率的差異會(huì)引起在相同拉曼泵浦下，拉曼開-關(guān)增益略有變化。輸入信號(hào)光功率較大時(shí)，由于拉曼放大的飽和效應(yīng)，拉曼開-關(guān)增益略有降低。

實(shí)際線路中焊點(diǎn)的插損及位置對拉曼開-關(guān)增益影響也較大，見下圖3。

由于上述不確定因素的存在，所以RFA在使用時(shí)，還需要在施工現(xiàn)場調(diào)試?yán)闷止β?。更重要的是，線路光纖衰減系數(shù)也隨著使用時(shí)間增加而增大。線路損耗增大，同時(shí)拉曼增益還降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)OSNR惡化。所以實(shí)現(xiàn)RFA的自動(dòng)增益控制是非常必要的。在該技術(shù)領(lǐng)域，光迅科技擁有自己的專利技術(shù)，采用該技術(shù)可以將拉曼增益鎖定精度控制在0.5dB。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)拉曼增益可調(diào)，如當(dāng)系統(tǒng)OSNR余量較大時(shí)，可降低拉曼增益等。

4、光迅科技HYFA產(chǎn)品指標(biāo)

以下為光迅科技推出HYFA某一型號(hào)的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，產(chǎn)品長期可靠穩(wěn)定，均通過Telcordia GR-1221-CORE實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Yoshihiro Emori, “Less than 4.7 dB Noise Figure Broadband In-line EDFA with A Raman Amplified -1300 pshm DCF Pumped by Multi-channel WDM Laser Diodes”, OSA/OAA 1998,72~77

[2] 楊滔滔，印新達(dá)，付成鵬，何萬暉 “放大器（Raman + EDFA）在 10Gbit/s長距離傳輸中的應(yīng)用” 光通信研究，2004年第1期，31~32

[3] Hiroji Masuda, “High-performance distributed Raman amplification systems:Practical aspects and field trial results”, OSA/OFC 2005

[4] J.-X. Cai, “Long-Haul 40 Gb/s RZ-DPSK Transmission over 4,450 km with 150-km Repeater Spacing using Raman Assisted EDFAs”, OSA/OFC 2007

[5] Alan J. Lucero, “Long-Haul Raman-Assisted EDFA Systems with Ultra-Long Spans”, OSA/NFOEC 2007

[6] 周昊，黃麗艷，張學(xué)勇，劉家勝“超長距通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，烽火科技，2010年第04期，10~13

[7] IEC International Standard 60825-2, “safety of laser products – part 2 – Safety of optical fiber transmission systems”, 2006

[8] ITU-T International Standard G.664, “Optical safety procedures and requirements for optical transport systems”, 1999