2.1.2 L波段EDFA及C+L波段应用

C波段波长范围为1 530～1 560 nm，为了增加每对光纤的传输容量，一种办法是扩展放大器波长范围到1 560～1 610 nm，人们称之为L波段。

第2.1.1节已介绍了掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理，本节用图2-6（b）进一步解释长波长EDFA的工作原理。能级E是由许多斯塔克子层能级组成，掺铒离子吸收泵浦光后，从基态能级4I15/2能级升至激活态4I11/2能级。但激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。当处于4I13/2最下面子层的铒离子返回基态4I15/2最上面子层时，产生光子能量∆EL等于亚稳态4I13/2最下面子层和基态4I15/2最上面子层能级差的信号光子，使信号光放大，获得增益。因为该能级差∆EL小于C波段EDFA对应的能级差∆EC，所以该光子的波长λ=1.239/∆EL μm[7]比C波段EDFA的长。很显然，长波长放大器对应受激亚稳态4I13/2（E2）最低子层能级和基态4I15/2（E1）最上面子层能级的差[97]。为了比较，图2-6（a）也给出C波段EDFA的能级图。

L波段信号铒离子基态吸收比受激发射少，信号光子几乎没有被铒离子吸收，所以该EDFA具有低的噪声指数，虽然平均铒离子数反转也少。其缺点是与C波段EDFA相比，只有少数几个斯塔克（Stark）能级子层参与工作，而L波段增益频谱洞穴效应（见图2-5）也比C波段的大（几乎是三倍），所以L波段EDFA对温度的敏感性也比C波段的高。

图2-6　硅光纤中的铒离子能级

当掺铒光纤铒离子反转平均减少到接近40%时，光纤放大器信号波长就转移到长波长。此时，放大器变成在C波段吸收铒离子，而在L波段提供信号增益。

通常，为了减小与光纤长度有关的损耗和非线性效应，L波段EDFA掺铒（Er）浓度是C波段的4倍。为了避免掺铒浓度高带来的噪声代价，EDFA也相应提高了共掺Al的浓度，同时，共掺Yb（1 480 nm泵浦）、La和Bi[97]。这样，通过适当调整设计的EDFA，可以获得L波段放大。图2-7（a）表示L波段EDFA增益频谱特性的实测曲线，掺杂光纤长度最佳化，以便提供10 dB的增益。

然后，并行安排两个EDFA，一个是C波段放大器，另一个是L波段放大器，这样就得到了C+L波段放大器。在输入端，C+L波段放大器通信系统要设置一个光解复用器，分开两个波段；在输出端，再设置一个复用器，将两个波段复用在一起，如图2-7（c）所示。复用/解复用可用光耦合器实现，因为C波段EDFA对L波段的信号不放大，反之亦然[3]。

图2-7　C+L波段EDFA在系统中的使用

图2-7　C+L波段EDFA在系统中的使用（续）

利用这种技术，210×10 Gbit/s WDM信道信号在色散管理光纤（DMF，Dispersion Managed Fiber）上已传输了7 221 km。

由于传输光谱很宽，要求使用色散管理光纤（DMF），以避免在复用器中心产生更多的四波混频分量。而且，DMF允许使用NRZ调制格式。

实验表明，300×10 Gbit/s WDM信号使用NRZ调制，在DMF上传输了7 380 km。C波段（1 529.94～1 560.00 nm）有152个信道，L波段（1 573.92～1 604.88 nm）有148个信道，共60 nm光带宽。300个波长信道信号分成10组，分别送入10个不同的NRZ调制器。该系统实验结果如表3-7所示。

另外一个实验表明，44 Tbit/s信号用C+L波段EDFA放大，在9 100 km线路上进行了传输实验，平均Q参数达到4 dB，频谱效率493%（4.93 bit/s/Hz），总EDFA输出功率20.5 dBm（ECOC 2013 PD3-e-1）。