Hybrid光器件和摻鉺光纖放大器（EDFA）的講解

Hybrid是一個(gè)混合器件，集成了光隔離器Isolator、波分復(fù)用（WDM）器件、耦合器、光電二極管PD和分光器（TAP）等功能，專(zhuān)門(mén)為小型/超小型EDFA提供器件級(jí)的解決方案。首先需要了解什么是EDFA摻鉺光纖放大器？

光纖通信中，光在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生損耗和色散，在長(zhǎng)距離傳輸中會(huì)減弱信號(hào)。傳統(tǒng)的做法是采用光-電-光中繼方式來(lái)彌補(bǔ)光信號(hào)的損失，達(dá)到延長(zhǎng)通信距離。光-電-光就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在電信號(hào)處通過(guò)放大、處理，再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，這樣的話就可以達(dá)到長(zhǎng)距離傳輸。但此種方式需要使用光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)，設(shè)備成本高。

光放大器就是用全光中繼來(lái)代替光-電-光中繼的，可以使光信號(hào)直接在光域進(jìn)行放大，不需要轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)，這樣可以最大限度的節(jié)省成本，也便于維護(hù)。光放大器有多種，如半導(dǎo)體光放大器、非線性光放大器、摻鉺光放大器等。

EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifier”的縮寫(xiě)，即摻鉺光纖放大器，是一種使用鉺離子來(lái)作為增益介質(zhì)的光纖放大器。原理是通過(guò)在光纖制作中將鉺離子摻入光纖芯中，使用泵浦光直接對(duì)光信號(hào)放大，提供光增益?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖，摻鉺光放大器主要是由摻鉺光纖（EDF）、泵浦、光耦合器、光隔離器、濾波器組成。

摻鉺光纖（EDF）是一段長(zhǎng)度大約為10~100m的石英光纖，將鉺離子注入到纖芯中，濃度約為25mg/kg。泵浦的作用是用來(lái)向摻鉺光纖提供能量，將基態(tài)的鉺離子激勵(lì)到高能態(tài)，致使粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而受激輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)1550nm波段光信號(hào)的放大。耦合器是將輸入的需要被放大的弱光信號(hào)和泵浦光源輸出的光波耦合進(jìn)同一根光纖中，一般采用波分復(fù)用器（WDM）。隔離器起到防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性，保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)钠骷?，不要受后向散射光的影響，可以穩(wěn)定正常的放大光信號(hào)。光濾波器是用來(lái)濾除光放大器的噪聲，降低噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的信噪比，同時(shí)用來(lái)過(guò)濾掉泵浦光源這一部分的光，使得輸出的光信號(hào)與原來(lái)的輸入光信號(hào)是相同頻率的。

隨著EDFA的廣泛應(yīng)用，下一代ROADM網(wǎng)絡(luò)、硅光、相關(guān)傳輸?shù)刃滦蛻?yīng)用推動(dòng)了EDFA向更加小型化發(fā)展。為此有些廠家就提出了ALL IN ONE的概念，將隔離器、WDM、耦合器、PD、TAP等集成在一個(gè)器件內(nèi)，這就是hybrid混合器件。

超級(jí)混合小型化光放大器：（a）功能圖

超級(jí)混合小型化光放大器：（b）原理圖

如圖所示，器件1部分為兩個(gè)光隔離器芯原理圖，光束從準(zhǔn)直器入射，經(jīng)過(guò)楔角片、法拉第片和楔角片，分成尋常光（O光）和非尋常光（E光）。由于正向入射時(shí)，O光和E分開(kāi)距離很小，所以能夠正常耦合進(jìn)準(zhǔn)直器2輸出光纖。由于隔離器芯的作用，反向O光和E光分開(kāi)距離比較大，無(wú)法正常耦合進(jìn)準(zhǔn)直器1的輸入光纖，從而起到隔離效果。器件2部分為1x2的WDM器件原理圖。從器件1入射的信號(hào)光光束，采用漸變折射率透鏡對(duì)信號(hào)光進(jìn)行二次準(zhǔn)直，透鏡出射端面貼有薄膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可調(diào)波長(zhǎng)濾波片（TFF），濾波片出射端面鍍有特定反射膜，允許特定中心波長(zhǎng)通過(guò)，剩余波長(zhǎng)的光束被反射回2端口。同時(shí)，泵浦光從WDM合波器的另一個(gè)端口入射，泵浦光波長(zhǎng)一般為980nm正向泵浦或者1480nm光反向泵浦。最終，信號(hào)光和泵浦光合成一束光，進(jìn)入摻鉺光纖（EDF）被放大。器件4采用分光棱鏡把光束分為兩束功率比99：1的光，其中1%的光輸出到PD端供監(jiān)測(cè)使用，99%的光作為信號(hào)光輸出。

Hybrid混合器件通常可根據(jù)應(yīng)用需求而選擇定制化集成某些功能，如億源通的hybrid系列產(chǎn)品有ITPH（隔離器/耦合器/光電二極管）、ITAP（隔離器/TAP耦合器）、WDIH（隔離器/WDM波分復(fù)用）、ITWDM（隔離器/TAP/WDM波分復(fù)用）這幾種混合組件。將光隔離器、波分復(fù)用（WDM）器件、光環(huán)形器和分光器（TAP）等集成到一個(gè)混合器件里面， 為EDFA應(yīng)用提供了集成解決方案，幫助實(shí)現(xiàn)摻鉺光纖放大器（EDFA）的集成化、小型化、多功能、低成本。

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