波导放大器数组为城域网带来新选择(转)

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波导放大器数组为城域网带来新选择

作者：Sergey Frolov, Joe Shmulovich

    　　掺铒波导放大器（EDWA）数组极有希望替代掺铒光纤放大器（EDFA）。EDWA是一种体积更小巧、价格更低廉的光放大解决方案，尤其对城域和接入应用而言更是如此。EDWA的物理概念与EDFA相同：掺稀土玻璃介质中的铒离子为1550nm光纤窗口提供光学增益。与掺铒光纤不同的是，EDWA是平面波导，可以制成更复杂的平面集成光路（PLC）的内部部件。一般而言，PLC芯片包含大量具有不同功能的平面波导，与电子集成电路（IC）类似（图1）。
　　PLC中可以集成放大、可变衰减、合波、分波、滤波以及泵浦共享等功能。泵浦共享功能是指几个放大器受同一个980nm泵浦激光器驱动。由于放大器的成本中有不少与单独封装泵浦激光器有关，因此共享泵浦提供了一种降低单个放大器成本的方法。这一特性对那些用于子波长和单信道放大的放大器特别有利，因为每个放大器只需要不大的功率就能满足放大要求。


图一


EDWA数组的结构
　　EDWA数组模块由几个不同部分组成：一个PLC芯片，一些光纤元器件，一个电控制板以及金属外罩。泵浦分配网络由一个泵浦混合器和4个独立的可变光衰减器（VOA）组成，该网络与1个或2个980nm泵浦激光器相连接。
　　泵浦混合器将2个泵浦激光器的泵浦能量结合在一起，并通过4条不同的泵浦通道平均分配到VOA上，VOA反过来控制泵浦激光器发射的泵浦能量以及最终耦合到每一掺铒波导中的泵浦能量。泵浦光通过VOA后，由4个粗波分复用耦合器与信号光耦合在一起。之后泵浦光和信号光通过4个掺铒波导（EDW）。
　　EDW的芯区材料具有接近9%的超高Δ值（Δ定义为芯区和包层折射系数的相对差）。这一特性在设计布局上只允许非常小的弯曲半径──大约150μm，从而导致了十分紧凑的芯片结构。EDW之后紧接的是泵浦滤波器，它将剩余的泵浦光滤除。PLC器件宽9mm，长25mm，其功能却等同于27个分立光纤组件所能实现的功能。
　　EDWA与模块的控制板之间是电气连接。控制板监控来自于各路的信号，并控制VOA的设置。泵浦激光器是单独安装的并通过尾纤耦合到芯片。泵浦激光器可以选用制冷或无制冷激光器，如果采用后者，则需要的电功率相对而言就低的多。无论采用哪种泵浦激光器，都是采用外部光纤布拉格光栅来稳定激光器的波长。电控制板还能控制并监测泵浦激光器及其相连的热电制冷器。在四个输入和输出端口还提供了额外的光纤隔离器。

EDWA数组的性能
　　所有的PLC组件都可以划分为两类：无源波导和有源波导。无源波导组件如集成的光学分流器可以对输入和输出信号功率进行监控，这样就能实现自动增益控制（AGC）和自动功率控制（APC）功能。分流器必须是高效、结构紧凑、宽带而且与偏振无关的（图2）。
　　EDWA的另一重要特性在于输出泵浦滤波器，该滤波器从输出波导承载的信号中将剩余的泵浦光滤除。泵浦滤波器应当在整个C波段内保持很小的插入损耗，并且对980nm泵浦波长保持很高的消光比。它的性能指针应达到在整个C波段内插损小于0.4dB，而在980nm处的消光比高于40dB。
　　集成的泵浦共享网络中配备有泵浦可调光衰减器（VOA），用户只要改变耦合泵浦功率的大小就可以对每一个放大器的增益进行单独调整。集成VOA必须做到结构紧凑且损耗低；此外还必须具有大动态范围及低开关功率。可以采用热光控制的马赫-曾德干涉仪来做这种VOA。
　　掺铒波导是PLC的有源部分。PLC芯片上有4个独立的EDW，如果提供泵浦就能放大4个独立的信号。被放大的信号可以是某个波长上的单一信道，也可以是不同波长上的少量DWDM信道。这种放大方式不依赖于传输速率，因此EDWA可以放大C波段内任何类型的信号。


图二


EDWA数组的应用
　　EDWA数组的一般应用包括接收机、发射机以及线路放大器。这些应用适用于几种市场，如10Gbit/s城域网、城域核心网、未来的40Gbit/s城域网。EDWA数组的其它应用包括光分插复用器的信道均衡，波分复用器和解复用器的前置和后置功率放大，以及交换矩阵的损耗补偿。
　　某些产品，如光交叉连接器、可重配置光分插复用器，如果使用低成本、低噪声、放大与波长无关的EDWA数组将受益匪浅。放大器数组还提供了线路放大器的一种替代方案：价格更低廉、更容易维护的EDWA数组可以取代城域核心网中更复杂的线路EDFA。EDWA数组使损耗更少的器件如低损耗分光器、合波器成为可能，因为EDWA的增益补偿了这些器件的固有损耗。


图三



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