1导言
高速数据通讯和高质量视频通讯以及多媒体事务的开展使得长距离光纤传输体系通讯事务容量成倍增长，波分复用技能(WDM)的逐步商用和EDFA的运用使光纤的通讯速率从本来的10Gb/s到达了Tb/s。持续添加复用波长数目(全波段波长扩展)，是对光纤扩展器提出的新要求。喇曼光纤扩展器（FRA）因其全波段扩展特性、可运用传输光纤在线扩展特性以及优秀的噪声特性，再次成为光纤通讯体系中研讨的热门。
2EDFA与FRA功能比照
2.1EDFA功能剖析2.1.1饱满增益功能
EDFA选用掺铒离子单模光纤作为增益介质，在增益介质吸收波长上供给泵浦，构成激光扩展的条件。运用980nm和14
80nm邻近的半导体激光器可以有用泵浦EDFA，仅用几毫瓦的泵浦功率就可取得30～40dB的高增益扩展。经过改动其掺杂元素，可以进一步使增益谱的平整度和谱宽得到改进。现在EDFA在C波段首要是经过掺入铝、L波段是经过掺入碲化物来拓宽和均衡其谱宽特性。
经过理论模型求出粒子数回转差及泵浦功率，就可得到增益系数，经过在整个掺铒光纤扩展器长度上进行积分，即可求出光纤扩展器的增益。因为泵浦功率沿光纤改变，所以遍地的增益系数是不同的，增益必须在整个光纤上积分得到，因而经过挑选光纤长度可以得到较为平整的增益。
图1为EDFA小信号增益G与泵浦功率PP及掺铒光纤扩展器长度L的联系曲线。增益系数跟着扩展器的长度存在一个最佳值，超越这个值后，扩展器的增益反而因为光纤的衰减损耗而减小。
在光纤长度一守时，并不是泵浦功率越大，增益系数越大，而是存在一个饱满值，超越它，增益系数将不再见增大。因而在给定掺铒光纤的情况下，应选适宜的泵浦功率和光纤长度，进行优化规划(图2)。
2.1.2噪声特性
噪声系数Fn界说为，噪声系数用来描绘扩展器对信噪比的恶化程度，噪声系数越小，输出的信噪比越高。
EDFA的噪声系数和粒子数回转差DN有关，泵浦越充沛，DN越大，噪声越小，强泵浦下的三能级体系即为EDFA的极限噪声指数。
2.2FRA功能剖析2.2.1饱满增益功能
对光纤受激喇曼散射（SRS）的研讨发现，石英光纤具有很宽的喇曼增益谱（达40THz）。假如频率为wP泵浦光和wS的信号光（信号光波长在泵浦光的喇曼增益带宽内）经过波长挑选耦合输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量经过SRS效应搬运给信号光，使光信号得到扩展，泵浦光和信号光可分别在光纤的两头输入，在反向传输的进程中相同能完成弱信号的扩展。
关于FRA，当信号功率增大，而泵浦功率搬运给信号而发生的耗费不行疏忽时，泵浦功率在传输进程不断衰减，信号光的扩展速率遭到限制，扩展进程就会出现饱满现象。假定衰减系数aS＝aP，可得到饱满增益的近似表达式为
式中；GA为小信号增益系数。跟着r0（即PS(0)）增大，增益将出现饱满特性。当GAr0≈1时，增益降到本来的一半。这时信号功率已挨近输入泵浦功率，可用输入泵浦功率代表FRA的饱满输出功率。
2.2.2噪声特性
光纤喇曼扩展器一般分为两类：分立式和分布式（DRA）。因为DRA是分布式取得增益的进程，其等效噪声比分立式扩展器的要小，会集噪声指数可小于3dB，乃至可以是负值。当它为负值时，适当于进步输入信号的信噪比，这样就可以下降输入信号的功率或许添加波分复用体系的传输距离。所以DRA辅佐传输对WDM体系功能的进步具有非常重要的效果。已有体系标明，即便关于效果最差的1530nm信道，体系的信噪比也能进步4.5~6.5dB，等效噪声指数Fn可以抵达5.9~8.9dB。
2.3功能比照
EDFA的特色：作业波长与光纤最小损耗窗口共同，可在光纤通讯中取得广泛运用；耦合效率高，易于光纤耦合衔接，也可用熔接技能与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB，熔接反射损耗也很小，不易自激；增益高，输出功率大，增益可达40dB，输出功率在单向泵浦时可达14dBm，双向泵浦时可达17~20dBm，噪声系数可
低至3~4dB，串话也很小。EDFA也有缺点，如波长固定只能扩展1.55mm左右的光波，光纤换用不同的介质时，铒离子能级也只能发生很小的改变，可调理的波长有限；增益带宽不平整，在WDM体系中需求选用特别的手法来进行增益谱补偿。
FRA的特色：增益波长由泵浦光波长决议，理论上能得到恣意波长的信号扩展，运用傍边，它不仅能作业在EDFA常运用的C波段，并且也能作业在较短的S波段（1350~1450nm）和较长的L波段（1564~1620nm），彻底满意全波光纤对作业窗口的要求；增益介质可认为传输光纤本身如DRA，沿传输光纤分布式扩展，光纤中遍地的信号光功率都比较小，然后可下降各种光纤非线性效应的影响，这一点与EDFA比较长处适当显着；噪声指数低，进步原体系的信噪比，DRA与EDFA组合运用可显着进步长距离光通讯体系的总增益，下降体系总噪声指数，进步体系Q值，然后进步体系可传输的最大距离；增益谱比较宽，在一般DSF上单波长泵浦可完成40nm规模的有用增益，假如选用多个泵浦源，则易于完成宽带扩展。FRA的首要缺点为：喇曼所需求的泵浦光功率高，分立式要用几瓦到几十瓦，分布式要用到几百毫瓦；效果距离太长，分布式效果距离为几十到上百公里，增益只要几到十几个dB，这就决议了它只能适合于远程干线网的低噪声扩展。
3EDFA与FRA在DWDM体系中的运用
3.1EDFA在DWDM体系中的运用
EDFA在光纤通讯体系中的首要效果是延伸中继距离，当它与波分复用技能结合运用时(首要运用于C，L波段)，可完成超大容量、超长距离的传输。现在，EDFA在DWDM体系中的运用已比较老练，在C波段可完成16，32或更多波长体系的扩展。EDFA的运用方法首要有前置扩展器、发射机功率扩展器和光中继器。图3给出了EDFA在DWDM体系中的运用方法。将EDFA接在光发射机的输出端（功率扩展），进步输出功率，添参加纤功率，因为EDFA低噪声的特性，将它用作接收机前置扩展器，可大大进步接收机灵敏度。
3.2FRA在DWDM体系中的运用
3.2.1分立式喇曼扩展器
分立式喇曼扩展器所用的光纤增益介质比较短，泵浦功率要求几瓦到几十瓦，可发生40dB以上的高增益，像EDFA相同可用来对光信号进行会集扩展，因而首要用于EDFA无法扩展的波段。1999年，欧洲光通讯会议上，斯坦福大学的研讨人员发布了他们进行分立式喇曼扩展的试验，成果得出，色散补偿型光纤（DSF）是得到高质量分立式喇曼扩展的最佳挑选。如图4的装备（DCF与一般光纤1∶7，泵浦功率500mW），可完成在进行体系色散补偿的一起对信号进行高增益、低噪声的扩展。
3.2.2分布式喇曼扩展器
DWDM体系的传输功能受光纤的非线性影响，DRA选用传输光纤作为光扩展前言，能下降光纤的输入功率，随之下降FWM、穿插相位调制等非线性效应，防止四波混频效应，DRA答应运用接近光纤的零色散点窗口，即扩展了光纤的可用窗口。
选用DRA技能的传输体系典型结构如图5所示，在WDM体系的每个再生段内，在EDFA的输入端注入反向的喇曼泵浦，信号将会沿光纤完成分布式喇曼扩展，从现在的技能看来也只要喇曼扩展技能才干完成光传输进程中的分布式扩展。
（1）DRA在DSFDWDM体系中的运用
图6为NTT的DRADWDM传输试验体系。试验距离为80×8km，传输容量为32×10Gb/s，信道距离为50GHz。波长规模从1545.3~1557.8nm，选用阵列波导型光栅（AWG）聚集比特流，选用色散补偿光纤纠正比特流波形。体系由一条80km长的环形DSF，EDFA，DRA式泵浦源LD以及增益均衡器（EQ）等组成。
图7显现了该试验的喇曼增益与EDFA增益。喇曼增益是选用双向泵浦进行的，后向泵浦高于前向泵浦以按捺光纤非线性效应，前向泵浦用来进步喇曼增益的平整度。EDFA的增益可限制自激辐射噪声。试验标明，经过8段80km的传输，一切信道误码率均到达10-9。
（2）DRA用于1.6Tb/sDWDM体系
Lucent与BellLabs联合选用40Gb/sOTDM以及喇曼扩展技能进行了40×40Gb/s（1.6Tb/s）数据传输试验。该试验的传输距离是400km，分红4段100km的光纤，高于其他商用长距离体系所选用的80km的扩展距离，可兼容现在的商用网络。
该体系运转在C波段，如在L波段运转还可进步传输容量。该体系运用的OTDM体系是世界上第一种可在一条信道中传输40Gb/s的传输产品。
4结束语
近几年来，EDFA替代传统的光-电-光中继方法，成功推进了WDM体系的开展，EDFA完成了在一根光纤中多路光信号一起扩展，一起可与光纤完成杰出的耦合，具有高增益低噪声等长处。光纤喇曼扩展器因为本身低噪声、全波段扩展和可运用传输光纤作在线扩展等长处，与EDFA结合运用可以持续推进WDM体系的开展，因而在最近几年遭到广泛重视。尤其是DRA技能，已成为下一代光纤WDM体系的关键技能。
DRA具有显着的“跨距延伸”效果，可使光再生段传输更趋向通明。康宁公司经过试验发现，完成2.5倍的跨距是或许的。DRA技能还可进步WDM体系的谱运用率，这是完成现有体系升级到40Gb/s所必需的技能。它还答应体系经过加密信道距离，进步光纤传输的复用程度和传输容量，可做到信道距离由100GHz升级到50GHz而无任何附加价值。如选用双向喇曼泵浦，还可进一步进步体系的传输跨距。鄙人一代光纤WDM体系中，光纤喇曼扩展技能必将发挥出更大的效果。
更多资讯请重视：21ic模仿频道
