Hybrid光器件和摻鉺光纖放大器（EDFA）的講解

Hybrid是一個混合器件，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，專門為小型/超小型EDFA提供器件級的解決方案。首先需要了解什么是EDFA摻鉺光纖放大器？

光纖通信中，光在傳輸過程中會產(chǎn)生損耗和色散，在長距離傳輸中會減弱信號。傳統(tǒng)的做法是采用光-電-光中繼方式來彌補光信號的損失，達到延長通信距離。光-電-光就是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，在電信號處通過放大、處理，再轉(zhuǎn)換為光信號，這樣的話就可以達到長距離傳輸。但此種方式需要使用光接收機和光發(fā)射機，設(shè)備成本高。

光放大器就是用全光中繼來代替光-電-光中繼的，可以使光信號直接在光域進行放大，不需要轉(zhuǎn)換為點信號，這樣可以最大限度的節(jié)省成本，也便于維護。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，即摻鉺光纖放大器，是一種使用鉺離子來作為增益介質(zhì)的光纖放大器。原理是通過在光纖制作中將鉺離子摻入光纖芯中，使用泵浦光直接對光信號放大，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。泵浦的作用是用來向摻鉺光纖提供能量，將基態(tài)的鉺離子激勵到高能態(tài)，致使粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而受激輻射，實現(xiàn)對1550nm波段光信號的放大。耦合器是將輸入的需要被放大的弱光信號和泵浦光源輸出的光波耦合進同一根光纖中，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。光濾波器是用來濾除光放大器的噪聲，降低噪聲對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的信噪比，同時用來過濾掉泵浦光源這一部分的光，使得輸出的光信號與原來的輸入光信號是相同頻率的。

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等集成在一個器件內(nèi)，這就是hybrid混合器件。

超級混合小型化光放大器：（a）功能圖

超級混合小型化光放大器：（b）原理圖

如圖所示，器件1部分為兩個光隔離器芯原理圖，光束從準直器入射，經(jīng)過楔角片、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，O光和E分開距離很小，所以能夠正常耦合進準直器2輸出光纖。由于隔離器芯的作用，反向O光和E光分開距離比較大，無法正常耦合進準直器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入射的信號光光束，采用漸變折射率透鏡對信號光進行二次準直，透鏡出射端面貼有薄膜技術(shù)實現(xiàn)的可調(diào)波長濾波片（TFF），濾波片出射端面鍍有特定反射膜，允許特定中心波長通過，剩余波長的光束被反射回2端口。同時，泵浦光從WDM合波器的另一個端口入射，泵浦光波長一般為980nm正向泵浦或者1480nm光反向泵浦。最終，信號光和泵浦光合成一束光，進入摻鉺光纖（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)測使用，99%的光作為信號光輸出。

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）等集成到一個混合器件里面， 為EDFA應(yīng)用提供了集成解決方案，幫助實現(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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