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文章導讀： 1、了解光纖放大器 2、了解摻鉺光纖放大器EDFA 3、EDFA的應用 4、為什么使用Hybrid混合器件？ 5、億源通科技目前可提供哪幾種混合器件？ 作為光通信關(guān)鍵器件之一，摻鉺光纖放大器（EDFA）在各種網(wǎng)絡(luò )和應用的演進(jìn)中被推動(dòng)著(zhù)不斷往集成化、小型化、多功能、低成本方向發(fā)展。在EDFA行業(yè)高速發(fā)展背景下，很多廠(chǎng)商也推出了實(shí)現EDFA技術(shù)競爭優(yōu)勢的Hybrid集成器件�；旌瞎鉄o(wú)源器件是將EDFA中最重要的五大功能器件，光隔離器（Isolator）、波分復用器(WDM)、增益平坦濾波器（GFF）、耦合器（Coupler）、TAP PD(分光探測器），集成了兩種或以上的多種組合功能于一個(gè)器件中，實(shí)現相同功能前提下大大的縮小了器件的尺寸以及降低了成本。本文將進(jìn)一步探索EDFA以及Hybrid器件的工作原理和應用。 了解光纖放大器（英文縮小OFA：Optical Fiber Amplifier） 首先了解一下光放大器在光通信中的作用。光纖通信中，光在傳輸過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生損耗和色散，在長(cháng)距離傳輸中會(huì )減弱信號。傳統的做法是采用光-電-光中繼方式來(lái)彌補光信號的損失，達到延長(cháng)通信距離。光-電-光就是將光信號轉換為電信號，在電信號處通過(guò)放大、處理，再轉換為光信號，這樣的話(huà)就可以達到長(cháng)距離傳輸。但此種方式需要使用光接收機和光發(fā)射機，設備成本高。 
光放大器就是用全光中繼來(lái)代替光-電-光中繼的，可以使光信號直接在光域進(jìn)行放大，不需要轉換為點(diǎn)信號，這樣可以最大限度的節省成本，也便于維護。光放大器有多種，如半導體光放大器、非線(xiàn)性光放大器、摻鉺光放大器等。
通俗的講，在相同功率和傳輸距離下，原來(lái)為了實(shí)現長(cháng)距離傳輸是采用了在距離中間加入光電中繼器，在傳送端將光信號轉為電信號，再接收端將電信號轉為光信號，在維持光信號的能量在不被減弱的情況下來(lái)實(shí)現傳輸。光放大器的作用是代替原來(lái)的光電中繼器，變?yōu)槿庵欣^器，通過(guò)信號的放大處理來(lái)實(shí)現延長(cháng)傳輸距離。 了解摻鉺光纖放大器EDFA（ Erbium Doped Fiber Amplifier ） EDFA是在光纖中摻入鉺離子形成摻餌光纖，通過(guò)泵浦信號激活餌離子來(lái)達到增益效果。 它的工作原理和半導體激光器的相同，之所以能夠放大光信號，簡(jiǎn)單地說(shuō)，是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現了粒子數反轉分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號得到放大。EDFA是WDM系統中使用最廣泛的一種，最重要的特征是它可以同時(shí)放大多個(gè)光信號，可以與WDM技術(shù)輕松組合。通常，它用于C波段和L波段，幾乎在1530至1565 nm的范圍內，與光纖最小損耗窗口一致。
摻鉺光放大器主要是由摻鉺光纖（EDF）、泵浦(pump)、光耦合器(WDM)、光隔離器(isolator)、光濾波器(GFF)組成。
摻鉺光纖是在一段長(cháng)度大約為10~100m的石英光纖中摻入了少量的稀土元素（濃度約為25mg/kg）鉺(Er)離子的光纖，它是摻鉺光纖放大器的核心。簡(jiǎn)單的說(shuō)，摻鉺光纖作為增益介質(zhì)，在信號光被放大中起了主要作用。 光耦合器是將輸入光信號和泵浦光源輸出的光波混合起來(lái)的無(wú)源光器件，一般采用波分復用器。 光隔離器是防止反射光影響光放大器穩定工作，保證光信號只能正向傳輸的器件。 增益平坦濾波片 (GFF)，也稱(chēng)為增益均衡濾波片，用于在指定波長(cháng)范圍內平坦或平滑不等的信號強度。這種不等信號強度通常發(fā)生在放大階段之后。 泵浦是一種使用光將電子從原子或分子中的較低能級升高（或“泵”）到較高能級的過(guò)程。EDFA中泵浦光源通常為半導體激光器，輸出的光功率為10~100mw，工作波長(cháng)約為980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA有同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。 同向泵浦：泵浦光和信號光從同一端注入摻鉺光纖，泵浦波與信號波的傳播方向相同。
反向泵浦：泵浦光和信號光從相反方向泵入，泵浦波與信號波的傳播方向相反。
雙向泵浦：兩個(gè)泵浦光源分別在前向和后向進(jìn)行泵浦，泵浦波與信號波可以實(shí)現雙向。
為什么使用不同的泵浦方式，這主要是因為在光信號放大前或者放大后，或者前后一起，不同的階段注入摻鉺光纖，泵浦光源的轉化效率、輸出功率不同，影響噪聲性能的效果也不同。選用哪種主要是從EDFA的結構和特點(diǎn)分析，綜合性能關(guān)鍵參數及經(jīng)濟成本等因素，對比應用于不同場(chǎng)合的EDFA，可以采用不同結構設計。 EDFA的應用 EDFA可應用于大容量、高速、長(cháng)距離的光通信系統中，通過(guò)使用EDFA來(lái)顯著(zhù)減少中繼器的數量，補償線(xiàn)路的傳輸損耗，降低建設成本。其中DWDM系統和CATV系統是典型應用場(chǎng)景。 1）在密集波分復用系統中的應用 在長(cháng)距離傳輸中，DWDM密集波分復用系統在光纖傳輸系統中已成為技術(shù)主流，EDFA的主要作用是延長(cháng)中距距離，EDFA常用波段是C波段和L波段，可以同時(shí)放大多路光信號，有足夠的增益帶寬，能夠與WDM技術(shù)輕松組合，從而實(shí)現超大容量、超長(cháng)距離的傳輸。
2）在CATV系統的應用 EDFA 在CATV有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用，如下圖所示，在CATV系統中，EDFA可以明顯地減少光發(fā)射機的使用，同時(shí)能夠補償鏈路的損耗，降低了系統成本。如果在此基礎上同時(shí)應用DWDM系統，可以有效提升系統的容量。
為什么使用Hybrid混合器件？ 正如本文開(kāi)頭提到的，隨著(zhù)EDFA在DWDM系統、CATV系統的廣泛應用，不同的應用場(chǎng)景也對EDFA提出了各類(lèi)技術(shù)和性能要求。為了滿(mǎn)足EDFA客戶(hù)的小型化、集成化、低成本的核心需求，行業(yè)內提出了All in One的概念，將EDFA的核心無(wú)源器件通過(guò)多種組合方式集成一個(gè)器件內，一個(gè)器件即可解決EDFA的無(wú)源器件方案，這就是Hybrid混合集成器件。 億源通科技目前可提供哪幾種混合器件？ 基于行業(yè)內較為領(lǐng)先的光學(xué)模擬仿真設計、耦合以及亞微米對準能力、芯片后端處理能力、自動(dòng)化精密組裝和測試能力等技術(shù)平臺，億源通科技目前可以提供全系列Hybrid器件產(chǎn)品，功能覆蓋EDFA核心的五大無(wú)源器件，光隔離器（Isolator）、波分復用器(WDM)、增益平坦濾波器（GFF）、耦合器（Coupler）、TAP PD(分光探測器）。除了常規的小型化Hybrid器件，同時(shí)可提供尺寸優(yōu)于行業(yè)的超小型化Hybrid器件。
示例組合器件一：光隔離器+波分復用器 - IWDM（Isolator+WDM） 如下圖1x2的波分復用和隔離器混合器件（1x2 IWDM），可以用在對隔離度要求較高的EDFA中，既能保證光隔離度達到要求，又能減小整個(gè)EDFA模塊的尺寸。 產(chǎn)品構成主要由帶斜端面的雙纖準直器、薄膜可調波長(cháng)濾波片（TFF）、隔離器和帶斜端面的單纖準直器組成。泵浦光可以從光纖2端口入射到摻鉺光纖（EDF），從而起到光放大的作用。
示例組合器件二：隔離器 + 增益平坦濾波器 - GFF/IGFF(Isolator+Gain Flattening Filter) 把光隔離器和增益平坦濾波器（GFF）混合，光隔離器起到阻止反向光輸入的作用。這個(gè)器件的混合比較簡(jiǎn)單，在光隔離器芯后面加一個(gè)濾波片即可。當薄膜鍍在濾波器上時(shí)，透射光譜正好與隔離器芯的透射光譜增益互補，即起到增益平坦化的作用。（將在下一系列文章中重點(diǎn)介紹一下增益平坦濾波器）
示例組合器件三：分光探測器TAP PD(TAP PhotoDiode Detector) 分光探測器是一種光功率監控集成組件。組件集成了一個(gè)TAP耦合器和一個(gè)PD光電二極管探測器，TAP是信號分流，PD起到光電轉換的作用，基于其特殊的光學(xué)設計， 易于集成在高密度的光纖通信系統中，對光信號的功率進(jìn)行在線(xiàn)監測，從而實(shí)現對光信號的功率監控和管理。
此外還有TAP耦合器+隔離器+波分復用器 - TAIW(TAP Coupler+Isolator+WDM)， 波分復用器+隔離器+增益平坦濾波器 - WIGW(WDM+Isolator+Gain Flattening Filter), or 隔離器+分光探測器 - ITPD(Isolator+TAP PD)等客制化的組合器件。 隨著(zhù)EDFA市場(chǎng)需求愈發(fā)增加，網(wǎng)絡(luò )增速、PON網(wǎng)絡(luò )普及、包括現在激光雷達市場(chǎng)，后期市場(chǎng)的小型化、集成化及CPO封裝等，對hybrid 要求也會(huì )更高。 |
