Разработка сверхширокополосных оптических усилителей

Рассмотренные выше ОУ оптимизируются, как правило, под третье окно прозрачности и в той или иной мере отвечают возросшим требованиям на ширину полосы и допустимую неравномерность АВХ со стороны систем с WDM. Если первоначально стандартная ширина этого окна прозрачности принималась равной 30 нм (1530-1560 нм), то потом она была расширена до 35 нм, а сейчас, в связи с появлением стандарта на "канальный план" систем с WDM, использующих разнос по час­тоте 100 ГГц (см. ниже), стандартной считается ширина окна 40,8 нм, или 5,1 ТГц.

Наличие горба АВХ на длине волны порядка 1534 нм в усилителях EDFA с невыравненной АВХ приводило к тому, что полоса 1530-1542 нм не использовалась в системах с WDM, что привело к более интенсивному использованию длинноволнового поддиапазона (L band, см. ниже) 1545-1560 нм в обычной полосе C-Band. Однако появление стандартного канального плана для DWDM стимулировало увеличение числа каналов с разносом 100 ГГц до 32-40 и ускорило создание двухкаскадных ОУ с АВХ, выравненной во всей полосе 3-го окна шириной 40,8 нм, позво­ляющей максимально разместить 51 канал.

Успехи в технологии высокоплотного мультиплексирования HDWDM, основанные на исполь­зовании новых технологий: 3-D Optics WDM, CG, FAG [204], AWG [253, 260] (см. ниже), позволяю­щих, потенциально создавать до 131 канала с разрешением не хуже 0,5 нм, поставили разработ­чиков ОУ перед необходимостью существенно расширить полосу пропускания ОУ. Рассмотрим одно из возможных решений этой проблемы, предложенных специалистами Bell Labs.

Было предложено удвоить полосу усиления с 5,1 ТГц до 10,2 ТГц за счет использования двухканальной схемы усиления, где полоса пропускания каждого из каналов составляет те же 5,1 ТГц. Первый канал, названный C-Band (обычная полоса), имеет (на уровне -ЗдБ) те же частоты среза, что и обычный ОУ: 191,0 и 196,1 ТГц. Второй канал, названный L-Band (нижняя полоса), смещен по частоте на 5,1 ТГц в сторону нижних частот и имеет частоты среза 185,9 и 191,0 Гц. Сложенная вместе полоса этого сверхширокополосного усилителя СШПУ (UWBA) равна 10,2 ТГц или 84,3 нм (40,8+43,5нм) и позволяет разместить 102 канала с шагом 100 ГГц или 204 канала с шагом 50 ГГц.

Схема этого усилителя приведена на рис. 10-11. Она интересна, кроме указанных характе­ристик, своим схемотехническим решением и демонстрирует возросшую сложность оптической схемотехники. Сема составлена из шести секций. Первая секция представляет собой входной широкополосный каскад предварительного усиления EDFA с фильтром-изолятором и одним лазером накачки, выход которого подается на вторую секцию, играющую роль демультиплексора, разделяющего входной поток на два канала. Для этого входной поток подается на первый порт циркулятора, транслирующего его на вход второго порта, связанный с дифракционной решеткой пропускающей нижние частоты на вход второго канала L-Band (нижняя часть схемы) и отражаю­щей верхние частоты на выход второго порта циркулятора, транслирующий его на вход третьего порта, связанный с первым каналом C-Band (верхняя часть схемы). Третья секция (одинаковая в обоих каналах) служит для компенсации дисперсии в обоих каналах и представляет собой одно­каскадный усилитель с фильтром-изолятором и отрезком волокна, компенсирующего дисперсию на выходе. Четвертая секция служит в качестве выравнивающего фильтра и регулятора коэффициента усиления и представляет еще один каскад усиления с фильтром-изолятором, выравнивающим фильтром и аттенюатором на выходе. Пятая секция служит собственно оконечным усилителем мощности. Их схемы разные для первого и второго каналов. Для первого канала (C-Band) это - однокаскадный усилитель с тремя лазерами накачки (двух сонаправленных и одного проти­вонаправленного). Для второго канала (L-Band) это - трехкаскадный усилитель с сонаправленной накачкой. Шестая секция представляет собой мультиплексора реализованный (как и демультиплексор) на циркуляторе и дифракционной решетке и осуществляющем объединение двух полос усиления в одну.

Рис. 10-11. Схема сверхширокополосного двухканального оптического усилителя

Заключение