1、前言
在拉曼放大器（Raman amplifier, RFA）及摻鉺光纖放大器（Erbium-doped optical fiber amplifier, EDFA）應用之初，就有將兩種放大器混合使用的報道[1]。這種混合使用的放大器同時有RFA的低噪聲指數（noise figure, NF）和EDFA的高增益，所以早期混合放大器（hybrid amplifier, HYFA）主要做為長跨距以及超長距離傳輸的解決方案，以提高系統的光信噪比（signal-to-noise ratio, OSNR）[2-5]。對于下一代100G高速傳輸系統，系統OSNR要求更為嚴格，HYFA將有更廣泛的應用。這也對HYFA提出許多新的要求，如小體積、低成本、使用方便以及更優的性能等等。針對上述要求，光迅科技將RFA與EDFA有效集成，推出了能夠滿足實際光傳輸系統要求的HYFA產品。
2、HYFA技術方案
關于RFA與EDFA的混合使用，主要有三種結構：后向泵浦分布式RFA做為EDFA的預放、前向泵浦分布式RFA做為EDFA的功率放大器、以EDFA中間色散補償光纖做為增益介質的集中RFA。這三種結構都能夠有效地提高系統OSNR。光迅科技推出的HYFA產品就是采用第一種結構，其結構圖見下圖1。為降低成本，拉曼放大部分采用單泵浦結構。EDFA部分集成增益平坦度濾波器。
圖1：Hybird 放大器結構示意圖
3、光迅科技HYFA技術特征
光迅科技有成熟的RFA、EDFA產品，在光放大器領域有多項發明專利。同時在兩種放大器混合使用方面也有很多成功案例[6]。所以光迅科技更清楚放大器的性能以及系統要求，針對100G傳輸系統推出的HYFA也就有更優的系統指標。光迅科技推出的HYFA有以下技術特征：
激光安全等級Class 1M
激光安全是光傳輸系統的一個關鍵問題，根據標準IEC60825的第二部分的要求，應該符合CLASS 1M安全等級要求[7]。這表明，當由于意外原因使得光連接器開路或光纖線路故障時，要求與傳輸相關的所有激光器和發射機的功率應降低到安全水平值以下。G.664提供了所有光傳輸設備中激光安全的有關信息[8]。
對于后向分布式RFA，沿傳輸光纖產生的自發輻射噪聲較大。所以即使前面光纖發生斷開故障時，產生的ASE仍沿著系統方向傳輸。這就使得EDFA 系統經常使用的輸入無光關斷的控制方式在此不太適用。為了解決這個問題，需要準確判斷線路情況及RFA輸入信號光功率，方法包括泵浦反射監測及帶外ASE功率監測等方式。光迅科技在該技術方面有自己的專利技術，采用該技術能夠精確上報輸入信號光功率。從而實現放大器的無光關泵或眼保護功能。光迅科技推出HYFA產品能夠在輸入信號光功率丟失時，500ms內完成關泵或眼保護。
超低的偏振相關增益（PDG）
拉曼增益有明顯的偏振相關性，信號光與泵浦光偏振態垂直時的拉曼增益要遠小于偏振態平行時的增益。為解決該問題，可以采用泵浦偏振態復用或者對泵浦激光器 進行退偏等等。泵浦偏振復用會造成拉曼泵浦激光器增多，造成成本增加；在泵浦激光器退偏方面，光迅科技擁有專利技術的產品，退偏后的泵浦光的偏振度小于5%。整個HYFA產品的PDG小于0.3dB。
精確的輸入信號檢測
在前面也提到，為實現放大器的激光安全等級滿足CLASS 1M，需要準確上報放大器的輸入信號光功率。采用光迅科技的專利技術，放大器的輸入信號光功率可以準確上報-35dBm。在實際工程中，無光輸入告警門限只要設置不低于-35dBm。一旦傳輸線路出現故障，就會使放大器的無光輸入告警，放大器依此就可以實施關泵或者降低泵浦輸出等操作。同時精確上報輸入信號光功率，也是對線路情況的監測，有利于通信工程的開通及維護。
4、RFA自動增益控制
RFA的增益是指拉曼開-關增益，其定義在拉曼泵浦激光器開啟時的B點信號光功率（dBm，見圖1）與泵浦激光器關閉時的A點信號光功率（dBm，見圖1）之差。拉曼開-關增益與實際應用情況的關系非常密切：
A、不同光纖類型的拉曼增益系數是不同的，如常用的SMF-28、Leaf、Truewave等；
光纖的衰減系數對拉曼增益影響非常大，當拉曼開-關增益為10dB時，光纖衰減系數每變化0.01dB/km，實際增益變化約0.5dB；
當實際系統出現上/下波時，輸入光信號功率的差異會引起在相同拉曼泵浦下，拉曼開-關增益略有變化。輸入信號光功率較大時，由于拉曼放大的飽和效應，拉曼開-關增益略有降低。
實際線路中焊點的插損及位置對拉曼開-關增益影響也較大，見下圖3。
由于上述不確定因素的存在，所以RFA在使用時，還需要在施工現場調試拉曼泵浦功率。更重要的是，線路光纖衰減系數也隨著使用時間增加而增大。線路損耗增大，同時拉曼增益還降低，從而導致系統OSNR惡化。所以實現RFA的自動增益控制是非常必要的。在該技術領域，光迅科技擁有自己的專利技術，采用該技術可以將拉曼增益鎖定精度控制在0.5dB。同時還可以實現拉曼增益可調，如當系統OSNR余量較大時，可降低拉曼增益等。
4、光迅科技HYFA產品指標
以下為光迅科技推出HYFA某一型號的產品技術指標，產品長期可靠穩定，均通過Telcordia GR-1221-CORE實驗。
參考文獻：
[1] Yoshihiro Emori, “Less than 4.7 dB Noise Figure Broadband In-line EDFA with A Raman Amplified -1300 pshm DCF Pumped by Multi-channel WDM Laser Diodes”, OSA/OAA 1998,72~77
[2] 楊滔滔，印新達，付成鵬，何萬暉 “放大器（Raman + EDFA）在 10Gbit/s長距離傳輸中的應用” 光通信研究，2004年第1期，31~32
[3] Hiroji Masuda, “High-performance distributed Raman amplification systems:Practical aspects and field trial results”, OSA/OFC 2005
[4] J.-X. Cai, “Long-Haul 40 Gb/s RZ-DPSK Transmission over 4,450 km with 150-km Repeater Spacing using Raman Assisted EDFAs”, OSA/OFC 2007
[5] Alan J. Lucero, “Long-Haul Raman-Assisted EDFA Systems with Ultra-Long Spans”, OSA/NFOEC 2007
[6] 周昊，黃麗艷，張學勇，劉家勝“超長距通信技術在電力系統中的應用研究，烽火科技，2010年第04期，10~13
[7] IEC International Standard 60825-2, “safety of laser products – part 2 – Safety of optical fiber transmission systems”, 2006
[8] ITU-T International Standard G.664, “Optical safety procedures and requirements for optical transport systems”, 1999