2.2.4 光放大器

光纤中的固有衰减会导致光功率传输损耗，从而限制了信号在光纤中的传输距离。为了补偿信号在光纤中的衰减，可以在光纤传输系统中采用在线光学放大提高传输信号的功率。光放大的主要优点是避免了通过光电光转换（O-E-O）进行信号再生。光放大器与电信号再生器相比，对传输速率和信号调制格式不敏感、可以同时放大多个WDM通道的信号，而且使用光放大器的系统可以更容易地升级。光纤链路中光放大器位于不同位置的方案如图2-9所示，在发射机端，可以作为功率放大器提供足够高的发射功率；作为光线路放大器可以补偿部署光纤中的损耗；在接收机端，可以作为前置放大器（预放大器）提高光电探测器接收灵敏度。

图2-9 光纤链路中光放大器位于不同位置的方案

DCI和PON光纤链路小于20km时，通常不考虑光放大方案，可以选择APD提升接收灵敏度。20～80km的DCI光纤链路连接需要采用光放大。SOA、C波段EDFA和Raman对比见表2-3。EDFA是应用最为广泛的光纤放大器，可在C波段和L波段提供30～70nm带宽的光学放大窗口，并且增益高、噪声系数低、适用于长距离传输；但是EDFA尺寸较大，不能与其他半导体器件集成。光纤拉曼放大器（Fiber Raman Amplifier,FRA）也是一种相对成熟的光放大器。在FRA中，受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,SRS）导致光信号被放大。通常，FRA可以分为集中式拉曼放大器（Lumped Raman Amplifier,LRA）和分布式拉曼放大器（Distributed Raman Amplifier,DRA）:LRA的光纤增益介质通常在10km以内，需要更高的泵浦功率，通常需要几瓦到十几瓦，才能产生40dB 甚至更高的增益，主要用于放大 EDFA 无法满足的波长；DRA 的光纤增益介质通常比 LRA 长，通常长达数十千米，而泵浦源功率则低至数百毫瓦，主要用于密集型光波复用通信系统，辅助EDFA以改善系统性能、抑制非线性效应、降低信号的入射功率、提高信噪比和在线放大；但是，FRA需要高的泵浦功率和复杂的增益控制，模块昂贵，也不能与其他半导体器件集成。在短距离光纤系统中，SOA最大的优势是可以集成光学器件，小尺寸和低功耗使系统具有较高的器件密度，从而降低了安装和运营成本，完全满足DCI和PON的需求。SOA的增益带宽与当前的C+L波段EDFA放大方案相比，传输带宽可以大致扩展50%。综上所述，SOA在短距离光纤传输系统中是最有竞争力的方案。

表2-3 SOA、C波段EDFA和Raman对比