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OA与EDFA结合的优势

光放大器与DWDM技术结合使用后,可以在超长途和长途陆地网络中实现高容量传输。

      在这些网络中,光放大器的主要作用就是:补偿信号在光纤中传输时的损耗。 光放大器(以下简称OA),特别是掺铒光纤放大器(EDFA),是光网络中最普通的器件。OA在城域网中起到的作用也十分关键。因为城域网中的传输距离虽然缩短了,但是由于使用了光分插复用器(OADM)以及其他的光网络单元,所以还是需要OA来补偿他们带来的插入损耗。因此,对光放大器的需求激发了人们来开发不同类型的OA。OA若以掺杂剂(如铒元素)和玻璃基质(如硅元素)来划分,主要分为基于光纤和基于波导两种。实际上,要设计一种OA必须考虑它的类型和它的应用范围。例如,适用于长途的EDFA和EDFA/Raman混合放大器,就与半导体光放大器和用于城域网的紧凑型EDFA大为不同。

  一般来说, 长途EDFA线路放大器的结构是OA的共同参考结构。这种结构适用于多种类型的放大器,而且设计理念可以很容易地适用于不同的放大器。这种结构的基础是两级放大。因为,经过两级放大后,放大器的噪声较低,增益较高。

  在两级增益介质中间加入不同的元件或者子系统,还可以为放大器添加一些额外功能。例如,加入可变光衰减器(VOA)可以提高放大器的动态范围;加入色散补偿光纤,可以以最小的光信噪比(OSNR)损失高效地管理色散的分布;加入OADM就可以在放大器节点分插业务流。

  由于光放大器是光网络中最普遍的器件,所以,他们对故障的适应和恢复能力在很大程度上会影响到网络的可靠性。因此提高OA对严重故障的恢复能力是非常重要的。

  图1描述的是一个超快速交换机如何用于旁路操作中。若一个交换机的交换时间小于500ns,用它就可以在只中断传输500ns的情况下完成旁路操作。由于中断的时间足够短,所以避免了放大器瞬间离开链路。然而在链路的终点,接收器中的锁相环还是会受到影响,不过由于锁相环很快会重新锁定,所以亦不会引起保护倒换。此外,图1所示的配置方法只能适用于一部分OA。

  

   图1 用一个超快速交换元件旁路故障放大器,或者用它在不到500ns时间内实现其他的维护。

  图2在这个子系统的旁路结构中,后备系统补偿了5%分流引起的OSNR下降。而且使用隔离器可以避免反射光放大以及谐振效应。

  如图2所示,下一代的某些交换机具备多播功能,那么利用这种功能将光分流器接入到系统中就不会带来附加损耗。在这种设计里,由于5%的分流器要被用作测试接口,这样会降低OSNR,所以后备系统必须对此进行补偿。而且,为了避免放大反射光以及谐振效应,还需要使用隔离器。装有光电管的分流耦合器通常被用来监测输入、输出和反射光功率。测量值可以用来调节泵浦激光器的功率,如果输出端光纤折断了或者没有连接,则可以自动关闭泵浦激光器。

   OA中的泵浦激光器通常都是高功率的激光器。而这些高功率有源器件的使用寿命往往不长,一般只有几个月。那么单个光泵浦源发生故障就有可能使放大器无法工作。所以,一些新型的放大器都会配备一个或多个后备泵浦激光器。这样,如果一个泵浦源不能工作,就不会引发放大器的严重故障。

  因为放大器的节点是传输网中最为普通的节点,所以放大器如果可以适应网络业务形式的变化,这对服务提供商就非常有利了。在安装了放大器后,服务提供商也许希望能从同一节点分插业务流。他们也许还需要向放大器中添加色散补偿功能,或者改变放大倍数。针对这些需求,如果在OA中集成具有可变衰减和多播功能的超快速交换机,即便是工作环境发生变化,OA也能适应未来网络发展的需要。

  

  图3

  使用了交换机的多播功能后,就可以在OA中加入可变的分流器而不引入附加损失(a)。交换机的快速可变光衰减功能可以改变放大器的增益。使用了交换元件后,还可以根据需要为链路加入色散补偿功能(b)。超快速交换元件还能够引入光分插复用器,并且对现有信道产生的影响很小(c)。

  图3a描述的就是可以向OA增加功能的一般结构。这种结构中,放大器里集成了一个超快速交换机,从而能应用于很多方面。图3b所示的是如何在放大器的节点内实现色散补偿。图3c所示的是引入可重配置的OADM(ROADM)后的情况。某些情况下,可以在不中断网络运行、并给网络带来最小影响的前提下为OA增加新的功能,例如从放大器节点升级到ROADM。

   EDFA的工作原理是将外泵浦半导体激光器发射的光耦合进光纤,进而激发铒原子。C波段或者L波段的光信号进入光纤后会激励已被激发的铒原子,使它受激辐射出与入射光波长相同的光子,从而实现光放大。人们已经针对瞬间插入或分离信道等情况,深入研究了这一类放大器的瞬时增益动力学。这其中功率瞬间变化的持续时间非常重要,因为它能够引起暂时的性能恶化。而瞬间变化的持续时间与掺杂离子数量分布的动力学有关,并且远比离子的松弛时间短。

  OA中的超快交换技术提高了OA对故障的适应、恢复能力,使维护更方便,还增添了新功能。另外,这些交换动作可以在放大器系统内部完成,给运行中的通信链路带来的负面影响也最小。最后,用超快速光交换机比用装有光电探测管的分流耦合器好,因为超快速光交换机支持集成的多播和可变光衰减功能,所以便于监控和快速调节