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图1-15 增益不锁定EDFA掉波、上波增益变化图
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掉波<0.5dB上波<0.5dB
图1-16 增益锁定EDFA掉波、上波增益变化图
4.3.5 掺铒光纤放大器的优缺点
1.掺铒光纤放大器的主要优点：
（1）工作波长与单模光纤的最小衰减窗口一致。
耦合效率高。由于是光纤放大器，易与传输光纤耦合连接。
能量转换效率高。掺铒光纤EDF的纤芯比传输光纤小，信号光和泵浦光同时在掺铒光纤EDF 中传播，光能量非常集中。这使得光与增益介质Er离子的作用非常充分，加之适当长度的掺铒光纤，因而光能量的转换效率高。 增益高、噪声指数较低、输出功率大，串话很小。 增益特性稳定：EDFA对温度不敏感，增益与偏振无关。 增益特性与系统比特率和数据格式无关。
掺铒光纤放大器（EDFA）是大容量DWDM系统中必不可少的关键部件。 2.掺铒光纤放大器的主要缺点：
（1）增益波长范围固定：Er离子的能级之间的能级差决定了EDFA的工作波长范围是固定的，只能在1550nm窗口。这也是掺稀土离子光纤放大器的局限性，又例如，掺镨光纤放大器只能工作在1310nm窗口。
增益带宽不平坦：EDFA的增益带宽很宽，但EFDA本身的增益谱不平坦。在WDM系统中应用时必须采取特殊的技术使其增益平坦。
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光浪涌问题：采用EDFA可使输入光功率迅速增大，但由于EDFA的动态增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输出光功率出现尖峰，尤其是当EDFA级联时，光浪涌现象更为明显。峰值光功率可以达到几瓦，有可能造成O/E变换器和光连接器端面的损坏。
4.3.6 拉曼光纤放大器
在常规光纤系统中，光功率不大，光纤呈线性传输特性。当注入光纤－非线性光学介质中的光功率非常高时，高能量（波长较短）的泵浦光散射，将一小部分入射功率转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为拉曼效应。量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁。入射光子称作为泵浦光，低频的频移光子称为斯托克斯波（stokes波）。普通的拉曼散射需要很强的激光功率。但是在光纤通讯中，作为非线性介质的单模光纤，其纤芯直径非常小（一般小于10μm），因此单模光纤可将高强度的激光场与介质的相互作用限制在非常小的截面内，大大提高了入射光场的光功率密度，在低损耗光纤中，光场与介质的作用可以维持很长的距离，其间的能量耦合进行的很充分，使得在光纤中利用受激拉曼散射成为可能。
实验证明，石英光纤具有很宽的受激拉曼散射（SRS）增益谱，并在泵浦光频率下移约13THz附近有一较宽的增益峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。拉曼放大器增益的是开关增益，即放大器打开与关闭状态下输出功率的差值
拉曼光纤放大器有三个突出的特点：
（1）其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大，如图1-17，其中虚线为三个泵浦源产生的增益谱。拉曼光纤放大器的这一特点使拉曼光纤放大器可以放大EDFA所不能放大的波段，使用多个泵源还可得到比EDFA宽得多的增益带宽（后者由于能级跃迁机制所限，增益带宽只有80nm），因此，对于开发光纤的整个低损耗区1270nm-1670nm具有无可替代的作用。
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30nm70~100nm 图1-17 多泵浦时的Raman增益谱
（2）其增益介质为传输光纤本身；这使拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合，而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频（FWM）效应的干扰。
（3）噪声指数低，这使其与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。
4.3.7 有关光放大器的技术指标
? 单路或合路光纤最大光功率电平为+17dBm或+20dBm，应保持光接头
和光连接器的清洁。
? 光放大器必须有明显的安全标志以确保人身安全。当光纤断开时，应具
有泵浦源自动关闭功能或将EDFA 输出功率降低到安全功率以内。 ? 光放大器光器件（泵浦源）寿命应不小于30万h。
4.4 光复用器和光解复用器
波分复用系统的核心部件是波分复用器件，即光复用器和光解复用器（有时也称合波器和分波器），实际上均为光学滤波器，其性能好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。如图1-18所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输；分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。 WDM系统性能好坏的关键是WDM器件，其要求是复用信道数量足够、插入损耗小、串音衰耗大和通带范围宽等。从原理上讲，合波
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器与分波器是相同的，只需要改变输入、输出的方向。WDM系统中使用的波分复用器件的性能满足ITU-T G.671及相关建议的要求。
λλλ12……nWDMλ1，λ2…λn(a)合波器λ1，λ2…λnWDMλλ……λ12n(b)分波器图1-18 DWDM器件
光波分复用器的种类有很多，大致可以分为四类：干涉滤光器型、光纤耦合器型、光栅型、阵列波导光栅（AWG）型。
4.4.1 光栅型波分复用器
光栅型波分复用器属于角色散型器件，是利用角色散元件来分离和合并不同波长的光信号。最流行的衍射光栅是在玻璃衬底上沉积环氧树脂，然后再在环氧树脂上制造光栅线，构成所谓反射型闪烁光栅。入射光照射到光栅上后，由于光栅的角色散作用，不同波长的光信号以不同的角度反射，然后经透镜会聚到图1-19，不同的输出光纤，从而完成波长选择功能；逆过程也成立，如所示。闪烁光栅的优点是高分辨的波长选择作用，可以将特定波长的绝大部分能量与其他波长进行分离且方向集中。
闪烁光栅型滤波器具有优良的波长选择性，可以使波长的间隔缩小到0.5nm左右。另外，光栅型器件是并联工作的，插入损耗不会随复用通路波长数的增加而增加，因而可以获得较多的复用通路数，已能实现131个波长间距为0.5nm的复用，其隔离度也较好。当波长间隔为1nm时隔离度可以高达55dB。闪烁光栅的缺点是插入损耗较大，通常有3~8dB，对极化很敏感，光通路带宽/通路间隔比尚不很理想，使光谱利用率不够高，对光源和波分复用器的波长容错性要求较高。此外，其温度漂移随所用材料的热膨胀系数和折射率变化而变化，典型器件的温度漂移大约为0.012nm/℃，比较大。若采
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用温度控制措施，则温度漂移可以减少至0.0004nm/℃。因此，对于波分复用器采用温控措施是可行和必要的。
λ1λ2λ3λ4λ5…λn输出（入）衍射光栅λ1λ2λ…λn输入（出）
图1-19 闪烁光栅波分复用器原理
这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此往往在实验室的科学研究中应用较多。
除上述传统的光纤器件外，布拉格光纤光栅滤波器的制造技术也逐渐成熟起来，它的制造方法是利用高功率紫外光波束干涉，从而在光纤纤芯区形成周期性的折射率变化，精度可达每厘米10000线，如图3-15所示。布拉格光纤光栅的设计和制造比较快捷方便，成本较低，插入损耗很小，温度特性稳定，其滤波特性带内平坦，而带外十分陡峭（滚降斜率优于150dB/nm，带外抑制比高达50dB），整个器件可以直接与系统中光纤熔为一体，因此可以制作成信道间隔非常小的带通或带阻滤波器，目前在波分复用系统中得到
紫外光干涉λ1λ2λ3λ2周期性折射率变化（光栅）
图1-20 光导纤维中布拉格光栅滤波器
了广泛的应用。然而这类光纤光栅滤波器的波长适用范围较窄，只适用于单个波长，带来的好处是可以随着使用的波长数而增减滤波器，应用比较灵活。
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