1、前言
在拉曼放大器（Raman amplifier, RFA）及掺铒光纤放大器（Erbium-doped optical fiber amplifier, EDFA）应用之初，就有将两种放大器混合使用的报道[1]。这种混合使用的放大器同时有RFA的低噪声指数（noise figure, NF）和EDFA的高增益，所以早期混合放大器（hybrid amplifier, HYFA）主要做为长跨距以及超长距离传输的解决方案，以提高系统的光信噪比（signal-to-noise ratio, OSNR）[2-5]。对于下一代100G高速传输系统，系统OSNR要求更为严格，HYFA将有更广泛的应用。这也对HYFA提出许多新的要求，如小体积、低成本、使用方便以及更优的性能等等。针对上述要求，光迅科技将RFA与EDFA有效集成，推出了能够满足实际光传输系统要求的HYFA产品。
2、HYFA技术方案
关于RFA与EDFA的混合使用，主要有三种结构：后向泵浦分布式RFA做为EDFA的预放、前向泵浦分布式RFA做为EDFA的功率放大器、以EDFA中间色散补偿光纤做为增益介质的集中RFA。这三种结构都能够有效地提高系统OSNR。光迅科技推出的HYFA产品就是采用第一种结构，其结构图见下图1。为降低成本，拉曼放大部分采用单泵浦结构。EDFA部分集成增益平坦度滤波器。
图1：Hybird 放大器结构示意图
3、光迅科技HYFA技术特征
光迅科技有成熟的RFA、EDFA产品，在光放大器领域有多项发明专利。同时在两种放大器混合使用方面也有很多成功案例[6]。所以光迅科技更清楚放大器的性能以及系统要求，针对100G传输系统推出的HYFA也就有更优的系统指标。光迅科技推出的HYFA有以下技术特征：
激光安全等级Class 1M
激光安全是光传输系统的一个关键问题，根据标准IEC60825的第二部分的要求，应该符合CLASS 1M安全等级要求[7]。这表明，当由于意外原因使得光连接器开路或光纤线路故障时，要求与传输相关的所有激光器和发射机的功率应降低到安全水平值以下。G.664提供了所有光传输设备中激光安全的有关信息[8]。
对于后向分布式RFA，沿传输光纤产生的自发辐射噪声较大。所以即使前面光纤发生断开故障时，产生的ASE仍沿着系统方向传输。这就使得EDFA 系统经常使用的输入无光关断的控制方式在此不太适用。为了解决这个问题，需要准确判断线路情况及RFA输入信号光功率，方法包括泵浦反射监测及带外ASE功率监测等方式。光迅科技在该技术方面有自己的专利技术，采用该技术能够精确上报输入信号光功率。从而实现放大器的无光关泵或眼保护功能。光迅科技推出HYFA产品能够在输入信号光功率丢失时，500ms内完成关泵或眼保护。
超低的偏振相关增益（PDG）
拉曼增益有明显的偏振相关性，信号光与泵浦光偏振态垂直时的拉曼增益要远小于偏振态平行时的增益。为解决该问题，可以采用泵浦偏振态复用或者对泵浦激光器 进行退偏等等。泵浦偏振复用会造成拉曼泵浦激光器增多，造成成本增加；在泵浦激光器退偏方面，光迅科技拥有专利技术的产品，退偏后的泵浦光的偏振度小于5%。整个HYFA产品的PDG小于0.3dB。
精确的输入信号检测
在前面也提到，为实现放大器的激光安全等级满足CLASS 1M，需要准确上报放大器的输入信号光功率。采用光迅科技的专利技术，放大器的输入信号光功率可以准确上报-35dBm。在实际工程中，无光输入告警门限只要设置不低于-35dBm。一旦传输线路出现故障，就会使放大器的无光输入告警，放大器依此就可以实施关泵或者降低泵浦输出等操作。同时精确上报输入信号光功率，也是对线路情况的监测，有利于通信工程的开通及维护。
4、RFA自动增益控制
RFA的增益是指拉曼开-关增益，其定义在拉曼泵浦激光器开启时的B点信号光功率（dBm，见图1）与泵浦激光器关闭时的A点信号光功率（dBm，见图1）之差。拉曼开-关增益与实际应用情况的关系非常密切：
A、不同光纤类型的拉曼增益系数是不同的，如常用的SMF-28、Leaf、Truewave等；
光纤的衰减系数对拉曼增益影响非常大，当拉曼开-关增益为10dB时，光纤衰减系数每变化0.01dB/km，实际增益变化约0.5dB；
当实际系统出现上/下波时，输入光信号功率的差异会引起在相同拉曼泵浦下，拉曼开-关增益略有变化。输入信号光功率较大时，由于拉曼放大的饱和效应，拉曼开-关增益略有降低。
实际线路中焊点的插损及位置对拉曼开-关增益影响也较大，见下图3。
由于上述不确定因素的存在，所以RFA在使用时，还需要在施工现场调试拉曼泵浦功率。更重要的是，线路光纤衰减系数也随着使用时间增加而增大。线路损耗增大，同时拉曼增益还降低，从而导致系统OSNR恶化。所以实现RFA的自动增益控制是非常必要的。在该技术领域，光迅科技拥有自己的专利技术，采用该技术可以将拉曼增益锁定精度控制在0.5dB。同时还可以实现拉曼增益可调，如当系统OSNR余量较大时，可降低拉曼增益等。
4、光迅科技HYFA产品指标
以下为光迅科技推出HYFA某一型号的产品技术指标，产品长期可靠稳定，均通过Telcordia GR-1221-CORE实验。
参考文献：
[1] Yoshihiro Emori, “Less than 4.7 dB Noise Figure Broadband In-line EDFA with A Raman Amplified -1300 pshm DCF Pumped by Multi-channel WDM Laser Diodes”, OSA/OAA 1998,72~77
[2] 杨滔滔，印新达，付成鹏，何万晖 “放大器（Raman + EDFA）在 10Gbit/s长距离传输中的应用” 光通信研究，2004年第1期，31~32
[3] Hiroji Masuda, “High-performance distributed Raman amplification systems:Practical aspects and field trial results”, OSA/OFC 2005
[4] J.-X. Cai, “Long-Haul 40 Gb/s RZ-DPSK Transmission over 4,450 km with 150-km Repeater Spacing using Raman Assisted EDFAs”, OSA/OFC 2007
[5] Alan J. Lucero, “Long-Haul Raman-Assisted EDFA Systems with Ultra-Long Spans”, OSA/NFOEC 2007
[6] 周昊，黄丽艳，张学勇，刘家胜“超长距通信技术在电力系统中的应用研究，烽火科技，2010年第04期，10~13
[7] IEC International Standard 60825-2, “safety of laser products – part 2 – Safety of optical fiber transmission systems”, 2006
[8] ITU-T International Standard G.664, “Optical safety procedures and requirements for optical transport systems”, 1999 
