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）應用之初，就有將兩種放大器混合使用的報道[1]。這種混合使用的放大器同時有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要求更為嚴格，HYFA將有更廣泛的應用。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，推出了能夠滿足實際光傳輸系統(tǒng)要求的HYFA產(chǎn)品。
2、HYFA技術方案
關于RFA與EDFA的混合使用，主要有三種結構：后向泵浦分布式RFA做為EDFA的預放、前向泵浦分布式RFA做為EDFA的功率放大器、以EDFA中間色散補償光纖做為增益介質(zhì)的集中RFA。這三種結構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構，其結構圖見下圖1。為降低成本，拉曼放大部分采用單泵浦結構。EDFA部分集成增益平坦度濾波器。
圖1：Hybird 放大器結構示意圖
3、光迅科技HYFA技術特征
光迅科技有成熟的RFA、EDFA產(chǎn)品，在光放大器領域有多項發(fā)明專利。同時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。光迅科技推出的HYFA有以下技術特征：
激光安全等級Class 1M
激光安全是光傳輸系統(tǒng)的一個關鍵問題，根據(jù)標準IEC60825的第二部分的要求，應該符合CLASS 1M安全等級要求[7]。這表明，當由于意外原因使得光連接器開路或光纖線路故障時，要求與傳輸相關的所有激光器和發(fā)射機的功率應降低到安全水平值以下。G.664提供了所有光傳輸設備中激光安全的有關信息[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，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斷的控制方式在此不太適用。為了解決這個問題，需要準確判斷線路情況及RFA輸入信號光功率，方法包括泵浦反射監(jiān)測及帶外ASE功率監(jiān)測等方式。光迅科技在該技術方面有自己的專利技術，采用該技術能夠精確上報輸入信號光功率。從而實現(xiàn)放大器的無光關泵或眼保護功能。光迅科技推出HYFA產(chǎn)品能夠在輸入信號光功率丟失時，500ms內(nèi)完成關泵或眼保護。
超低的偏振相關增益（PDG）
拉曼增益有明顯的偏振相關性，信號光與泵浦光偏振態(tài)垂直時的拉曼增益要遠小于偏振態(tài)平行時的增益。為解決該問題，可以采用泵浦偏振態(tài)復用或者對泵浦激光器 進行退偏等等。泵浦偏振復用會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的產(chǎn)品，退偏后的泵浦光的偏振度小于5%。整個HYFA產(chǎn)品的PDG小于0.3dB。
精確的輸入信號檢測
在前面也提到，為實現(xiàn)放大器的激光安全等級滿足CLASS 1M，需要準確上報放大器的輸入信號光功率。采用光迅科技的專利技術，放大器的輸入信號光功率可以準確上報-35dBm。在實際工程中，無光輸入告警門限只要設置不低于-35dBm。一旦傳輸線路出現(xiàn)故障，就會使放大器的無光輸入告警，放大器依此就可以實施關泵或者降低泵浦輸出等操作。同時精確上報輸入信號光功率，也是對線路情況的監(jiān)測，有利于通信工程的開通及維護。
4、RFA自動增益控制
RFA的增益是指拉曼開-關增益，其定義在拉曼泵浦激光器開啟時的B點信號光功率（dBm，見圖1）與泵浦激光器關閉時的A點信號光功率（dBm，見圖1）之差。拉曼開-關增益與實際應用情況的關系非常密切：
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，當拉曼開-關增益為10dB時，光纖衰減系數(shù)每變化0.01dB/km，實際增益變化約0.5dB；
當實際系統(tǒng)出現(xiàn)上/下波時，輸入光信號功率的差異會引起在相同拉曼泵浦下，拉曼開-關增益略有變化。輸入信號光功率較大時，由于拉曼放大的飽和效應，拉曼開-關增益略有降低。
實際線路中焊點的插損及位置對拉曼開-關增益影響也較大，見下圖3。
由于上述不確定因素的存在，所以RFA在使用時，還需要在施工現(xiàn)場調(diào)試拉曼泵浦功率。更重要的是，線路光纖衰減系數(shù)也隨著使用時間增加而增大。線路損耗增大，同時拉曼增益還降低，從而導致系統(tǒng)OSNR惡化。所以實現(xiàn)RFA的自動增益控制是非常必要的。在該技術領域，光迅科技擁有自己的專利技術，采用該技術可以將拉曼增益鎖定精度控制在0.5dB。同時還可以實現(xiàn)拉曼增益可調(diào)，如當系統(tǒng)OSNR余量較大時，可降低拉曼增益等。
4、光迅科技HYFA產(chǎn)品指標
以下為光迅科技推出HYFA某一型號的產(chǎn)品技術指標，產(chǎn)品長期可靠穩(wěn)定，均通過Telcordia GR-1221-CORE實驗。
參考文獻：
[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，付成鵬，何萬暉 “放大器（Raman + EDFA）在 10Gbit/s長距離傳輸中的應用” 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，張學勇，劉家勝“超長距通信技術在電力系統(tǒng)中的應用研究，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