文章導讀：

1、了解光纖放大器

2、了解摻鉺光纖放大器EDFA

3、EDFA的應用

4、為什么使用Hybrid混合器件?

5、億源通科技目前可提供哪幾種混合器件?

作為光通信關鍵器件之一，摻鉺光纖放大器(EDFA)在各種網絡和應用的演進中被推動著不斷往集成化、小型化、多功能、低成本方向發展。在EDFA行業高速發展背景下，很多廠商也推出了實現EDFA技術競爭優勢的Hybrid集成器件。混合光無源器件是將EDFA中最重要的五大功能器件，光隔離器(Isolator)、波分復用器(WDM)、增益平坦濾波器(GFF)、耦合器(Coupler)、TAP PD(分光探測器)，集成了兩種或以上的多種組合功能于一個器件中，實現相同功能前提下大大的縮小了器件的尺寸以及降低了成本。本文將進一步探索EDFA以及Hybrid器件的工作原理和應用。

了解光纖放大器(英文縮小OFA：Optical Fiber Amplifier)

首先了解一下光放大器在光通信中的作用。光纖通信中，光在傳輸過程中會產生損耗和色散，在長距離傳輸中會減弱信號。傳統的做法是采用光-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-光就是將光信號轉換為電信號，在電信號處通過放大、處理，再轉換為光信號，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射機，設備成本高。

光-電-光放大模式

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，不需要轉換為點信號，這樣可以最大限度的節省成本，也便于維護。光放大器有多種，如半導體光放大器、非線性光放大器、摻鉺光放大器等。

光功率直接放大模式

通俗的講，在相同功率和傳輸距離下，原來為了實現長距離傳輸是采用了在距離中間加入光電中繼器，在傳送端將光信號轉為電信號，再接收端將電信號轉為光信號，在維持光信號的能量在不被減弱的情況下來實現傳輸。光放大器的作用是代替原來的光電中繼器，變為全光中繼器，通過信號的放大處理來實現延長傳輸距離。

了解摻鉺光纖放大器EDFA( Erbium Doped Fiber Amplifier )

EDFA是在光纖中摻入鉺離子形成摻餌光纖，通過泵浦信號激活餌離子來達到增益效果。 它的工作原理和半導體激光器的相同，之所以能夠放大光信號，簡單地說，是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現了粒子數反轉分布，產生了受激輻射，從而使光信號得到放大。EDFA是WDM系統中使用最廣泛的一種，最重要的特征是它可以同時放大多個光信號，可以與WDM技術輕松組合。通常，它用于C波段和L波段，幾乎在1530至1565 nm的范圍內，與光纖最小損耗窗口一致。

光信號波段

摻鉺光放大器主要是由摻鉺光纖(EDF)、泵浦(pump)、光耦合器(WDM)、光隔離器(isolator)、光濾波器(GFF)組成。

摻鉺光放大器結構示意圖

摻鉺光纖是在一段長度大約為10~100m的石英光纖中摻入了少量的稀土元素(濃度約為25mg/kg)鉺(Er)離子的光纖，它是摻鉺光纖放大器的核心。簡單的說，摻鉺光纖作為增益介質，在信號光被放大中起了主要作用。

光耦合器是將輸入光信號和泵浦光源輸出的光波混合起來的無源光器件，一般采用波分復用器。

光隔離器是防止反射光影響光放大器穩定工作，保證光信號只能正向傳輸的器件。

增益平坦濾波片 (GFF)，也稱為增益均衡濾波片，用于在指定波長范圍內平坦或平滑不等的信號強度。這種不等信號強度通常發生在放大階段之后。

泵浦是一種使用光將電子從原子或分子中的較低能級升高(或“泵”)到較高能級的過程。EDFA中泵浦光源通常為半導體激光器，輸出的光功率為10~100mw，工作波長約為980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA有同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。

同向泵浦：泵浦光和信號光從同一端注入摻鉺光纖，泵浦波與信號波的傳播方向相同。

同向泵浦

反向泵浦：泵浦光和信號光從相反方向泵入，泵浦波與信號波的傳播方向相反。

反向泵浦

雙向泵浦：兩個泵浦光源分別在前向和后向進行泵浦，泵浦波與信號波可以實現雙向。

雙向泵浦

為什么使用不同的泵浦方式，這主要是因為在光信號放大前或者放大后，或者前后一起，不同的階段注入摻鉺光纖，泵浦光源的轉化效率、輸出功率不同，影響噪聲性能的效果也不同。選用哪種主要是從EDFA的結構和特點分析，綜合性能關鍵參數及經濟成本等因素，對比應用于不同場合的EDFA，可以采用不同結構設計。

EDFA的應用

EDFA可應用于大容量、高速、長距離的光通信系統中，通過使用EDFA來顯著減少中繼器的數量，補償線路的傳輸損耗，降低建設成本。其中DWDM系統和CATV系統是典型應用場景。

1)在密集波分復用系統中的應用

在長距離傳輸中，DWDM密集波分復用系統在光纖傳輸系統中已成為技術主流，EDFA的主要作用是延長中距距離，EDFA常用波段是C波段和L波段，可以同時放大多路光信號，有足夠的增益帶寬，能夠與WDM技術輕松組合，從而實現超大容量、超長距離的傳輸。

EDFA在密集波分復用系統中的應用

2)在CATV系統的應用

EDFA 在CATV有線電視網絡系統中發揮著重要作用，如下圖所示，在CATV系統中，EDFA可以明顯地減少光發射機的使用，同時能夠補償鏈路的損耗，降低了系統成本。如果在此基礎上同時應用DWDM系統，可以有效提升系統的容量。

EDFA在CATV系統的應用

為什么使用Hybrid混合器件?

正如本文開頭提到的，隨著EDFA在DWDM系統、CATV系統的廣泛應用，不同的應用場景也對EDFA提出了各類技術和性能要求。為了滿足EDFA客戶的小型化、集成化、低成本的核心需求，行業內提出了All in One的概念，將EDFA的核心無源器件通過多種組合方式集成一個器件內，一個器件即可解決EDFA的無源器件方案，這就是Hybrid混合集成器件。

EDFA 集成化發展

億源通科技目前可提供哪幾種混合器件?

基于行業內較為領先的光學模擬仿真設計、耦合以及亞微米對準能力、芯片后端處理能力、自動化精密組裝和測試能力等技術平臺，億源通科技目前可以提供全系列Hybrid器件產品，功能覆蓋EDFA核心的五大無源器件，光隔離器(Isolator)、波分復用器(WDM)、增益平坦濾波器(GFF)、耦合器(Coupler)、TAP PD(分光探測器)。除了常規的小型化Hybrid器件，同時可提供尺寸優于行業的超小型化Hybrid器件。

Hybrid器件

示例組合器件一：光隔離器+波分復用器 - IWDM(Isolator+WDM)

如下圖1x2的波分復用和隔離器混合器件(1x2 IWDM)，可以用在對隔離度要求較高的EDFA中，既能保證光隔離度達到要求，又能減小整個EDFA模塊的尺寸。 產品構成主要由帶斜端面的雙纖準直器、薄膜可調波長濾波片(TFF)、隔離器和帶斜端面的單纖準直器組成。泵浦光可以從光纖2端口入射到摻鉺光纖(EDF)，從而起到光放大的作用。

光隔離器+波分復用器 - IWDM(Isolator+WDM)

示例組合器件二：隔離器 + 增益平坦濾波器 - GFF/IGFF(Isolator+Gain Flattening Filter)

把光隔離器和增益平坦濾波器(GFF)混合，光隔離器起到阻止反向光輸入的作用。這個器件的混合比較簡單，在光隔離器芯后面加一個濾波片即可。當薄膜鍍在濾波器上時，透射光譜正好與隔離器芯的透射光譜增益互補，即起到增益平坦化的作用。(將在下一系列文章中重點介紹一下增益平坦濾波器)

隔離器 + 增益平坦濾波器 - GFF/IGFF(Isolator+Gain Flattening Filter)

示例組合器件三：分光探測器TAP PD(TAP PhotoDiode Detector)

分光探測器是一種光功率監控集成組件。組件集成了一個TAP耦合器和一個PD光電二極管探測器，TAP是信號分流，PD起到光電轉換的作用，基于其特殊的光學設計， 易于集成在高密度的光纖通信系統中，對光信號的功率進行在線監測，從而實現對光信號的功率監控和管理。

分光探測器TAP PD(TAP PhotoDiode Detector)

此外還有TAP耦合器+隔離器+波分復用器 - TAIW(TAP Coupler+Isolator+WDM)， 波分復用器+隔離器+增益平坦濾波器 - WIGW(WDM+Isolator+Gain Flattening Filter), or 隔離器+分光探測器 - ITPD(Isolator+TAP PD)等客制化的組合器件。

隨著EDFA市場需求愈發增加，網絡增速、PON網絡普及、包括現在激光雷達市場，后期市場的小型化、集成化及CPO封裝等，對hybrid 要求也會更高。

審核編輯：湯梓紅