光纖放大器之模組研製

光纖放大器除了朝拓展工作頻寬與輸出增益平坦方向發展外，長期發展則是朝

（OSNR），而遠端泵激之摻鉺光纖放大器其小訊號增益可超過 30dB，放大效益極為 可觀。但是利用分佈式拉曼光放大器於 WDM-PONs 甚少被討論，故可以發揮地方仍 多 。 分 佈 式 拉 曼 光 纖 放 大 器 或 是 遠 端 泵 激 之 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (Remote pumping EDFA)，來作被動光網路之光功率補償。因在 PON 中不用到昂貴且需要環境保持之 主動元件或模組，取而代之的是完全之被動元件分光器模組，又因拉曼光纖放大器的 增益介質為一般光纖貨色散光纖，可以在 WDM-PON 中細水長流（distributed）的放 大光信號，每單位長度光纖的增益約等等於衰減，增益平坦度佳，又能在幹線上不放 置主動元件之要求故使用之。另一方面 EDFA 由於結構簡單、放大倍率大、能量轉換 效率佳、對 1550 nm 波長通透性高等優點，一直是市場主流，技術發展也已臻成熟。

遠端泵激之摻鉺光纖放大器利用 1480nm 泵激雷射，也是可以逐段放大光信號。由於 拉曼光纖放大器雜訊較低、工作範圍較 EDFA 更為寬廣、放大波形也較平坦等等優 點，因此其應用潛力也廣受矚目。尤其是當網路系統逐步升級至 10Gbps 以及 40Gbps 時，由於高速傳輸更容易出現噪音，訊號衰減更快，傳輸距離被迫要縮短，這使得 EDFA 的應用出現瓶頸，目前的解決方案多是利用拉曼光纖放大器搭配 EDFA 之混成 光纖放大器[47~49]，以期在不增加噪音的情形下，延長光訊號的傳輸距離，因為放 置在光網路單元（OLT）端，所以不會破壞 WDM-PONs 之結構。我們研製之第一種 光纖放大器介紹如下：

圖 5.22 利用單顆泵激雷射來同時放大摻鉺光纖放大器（利用居量反轉原理）與拉曼光 纖放大器（利用拉曼位移原理），已達到降低成本之目的。

圖 5.23 混成光纖放大器架構，光元組件均標示於圖內

-240 -120 0 120 240

Residualdispersion(ps/nm) w/o residual dispersion w residual dispersion

1480 1520 1540 1560 1580 1600

1480 1520 1540 1560 1580 1600

-45

1480 1520 1540 1560 1580 1600

-45

1480 1520 1540 1560 1580 1600

-45

15 Noise (125GHz)

Signal

這裡 D_smf(λ)和 Lsmf分別為單模光纖色散參數及長度，而 D_dcf(λ)為色散補償光纖之 色散參數。同時拉曼光源通過全部的色散補償光纖和光纖光柵，然後由泵激光源 反射器反射回來之殘餘泵激功率會再次行走於色散補償光纖。使用 Broyden method 方法來計算非線性系統方程式，它可收斂到某數值並提供 Jacobian 矩陣 一個較簡單近似值，以求得零值所在處，並決定各光訊號對應之光纖光柵寫入光 纖位置及反射率。

圖 5.27 兼具色散補償與功率等化之拉曼光纖放大器架構

考慮 C-band 八個頻道是從 1530.8 nm 到 1553.2 nm，頻道間隔為 400GHz (3.2 nm)，泵激波長 1451nm 且泵激功率為 333mW。光纖各參數數值與第二節相當，

首先使用色散圖決定每一段色散補償光纖長度，使各頻道殘餘色散可被完全消 除。本例除了共同長度 8860 m 之色散補償光纖外，各頻道所需額外長度分別為 0-，87-，91-，95-，99-，103-，108- 和 113 m。對於增益等化之研究，每條光纖 光柵之反射率一開始假設為 100 %。圖 5.28 上端曲線為達成理想色散補償時，以 反射率皆為 100%光纖光柵所反應的輸出功率。這時頻道間最大功率變化量約 6 dB！要等化這些輸出功率，八波道對應之光纖光柵反射率分別為 19.67%，

19.1%，21.34%，26.45%，33.37%，44.93%，64.58% 和 100%，如此這八波道 可同時功率等化。如果光柵反射率製作誤差在±5%範圍內，則所有頻道的輸出功 率將落在圖 5.28 之中間陰影區間，功率變化量將小於±0.5 dB。誤碼率對輸入波 道波長關係如圖 5.29(a)所示，可獲得幾近無誤判(error-free)條件之 BER≦10^-11。 圖 5.29(b) 顯示建議架構下最長和最短波長之 Q 值都改善 2dB 左右，相對應誤碼 率改善從 BER 10^-7 到 10^-12，至此所有頻道 Q 值都大於 6.6 dB，對應之誤碼率都 在 10^-12上下，這些結果可確認圖 5.27 之拉曼光放大系統建議架構，在分波多工 系統中具有可行性。

(a) (b)

圖 5.29(a) BER 與輸入波道之關係函數 圖 5.29(b) Q 值與輸入波道之關係函數