长距离光纤通信中的放大技术及其优劣分析
发布时间：2023-11-14 09:55:34 阅读数： 143
在用于长距离数据传输的光纤链路中，通常需要一个或多个光纤放大器，以在接收端获得足够高的信号功率，并保持足够高的信噪比以满足所需的比特错误率。本文将探讨光纤放大器的不同类型及其在长距离传输中的应用，同时分析其各自的优势和劣势。
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光纤放大器的基本概述
在长距离光纤链路中，为了在接收端获得足够高的信号功率并维持高信噪比，通常需要使用一个或多个光纤放大器。这些放大器往往是离散的放大器，由数米长的掺杂稀土元素的光纤构成，它们通过与光纤耦合的二极管激光器进行泵浦，并作为发射机的一部分，或在接收机之前，或在传输光纤的各个部分之间使用。然而，也可以在传输光纤本身的长段中采用所谓的分布式放大，其中泵浦功率通常在接收端或发射端注入，或者从两个方向注入。这种分布式放大器可能具有类似的总增益，但单位长度的增益要低得多。其目的是在传播损耗存在的情况下，大致维持合理的信号功率水平，而不是通过数十分贝增加功率水平。
分布式放大器的一般优势和劣势
使用分布式放大器的一个优点是，这种方法通常会导致链路中放大器噪声的累积较低。这主要是因为防止信号功率水平下降到非常低的水平，这在离散放大器之间可能发生。然后，实际上可以降低最大信号功率水平，而不会产生过多的放大器噪声。这也减少了光纤非线性的潜在有害影响。
一个重要的劣势是，分布式放大器通常需要更高的泵浦功率。这适用于拉曼放大器和下文讨论的稀土掺杂放大器。
不同类型放大器的具体优势取决于传输系统的类型及其特性。例如，有些方面仅与基于孤子的系统相关，波长区域和信号带宽也是需要考虑的重要因素。
分布式激光放大器
分布式放大器可以以两种不同的形式实现。第一种是使用含有稀土掺杂物，如铒（Er3+）的传输光纤，但掺杂浓度远低于常规放大器光纤。虽然通常用于传输的硅光纤材料对稀土离子的溶解度低，但可以在不产生猝灭效应的情况下加入低浓度。然而，优化光纤以获得大的增益带宽是困难的，因为传输光纤受到更多的限制。特别是，需要避免任何显著提高传播损耗的掺杂物，而在短的离散放大器中，这通常不是一个严重的问题。
另外，分布式放大器的泵浦光需要在相当长的距离内传输，因此也会受到传播损耗的影响——如果泵浦波长明显短于信号波长，那么泵浦光的损失甚至会比信号光更大。因此，一个长的分布式铒放大器应该在1.45μm左右泵浦，而不是通常使用的980nm波长。这对放大器增益的光谱形状也提出了进一步的限制。即使使用长泵浦波长，泵浦损耗也会导致与离散光纤放大器相比需要更高的泵浦输入功率。
分布式拉曼放大器
另一种类型的分布式放大器是拉曼放大器，它不需要稀土掺杂物，而是使用受激拉曼散射进行放大。同样，传输光纤几乎无法优化以进行拉曼放大，因为需要低传播损耗，泵浦光也会受到传播损耗的影响。因此，需要大量的泵浦功率。
用单一泵浦源实现的增益光谱基本上由光纤芯的化学组成决定。通过使用不同泵浦波长的组合，可以实现更宽的增益光谱，可能具有定制的形状。
