一文快速了解Hybrid光器件和掺铒光纤放大器（EDFA）

Hybrid是一个混合器件，集成了光隔离器Isolator、波分复用（WDM）器件、耦合器、光电二极管PD和分光器（TAP）等功能，专门为小型/超小型EDFA提供器件级的解决方案。首先需要了解什么是EDFA掺铒光纤放大器？

光纤通信中，光在传输过程中会产生损耗和色散，在长距离传输中会减弱信号。传统的做法是采用光-电-光中继方式来弥补光信号的损失，达到延长通信距离。光-电-光就是将光信号转换为电信号，在电信号处通过放大、处理，再转换为光信号，这样的话就可以达到长距离传输。但此种方式需要使用光接收机和光发射机，设备成本高。

光放大器就是用全光中继来代替光-电-光中继的，可以使光信号直接在光域进行放大，不需要转换为点信号，这样可以最大限度的节省成本，也便于维护。光放大器有多种，如半导体光放大器、非线性光放大器、掺铒光放大器等。

EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifier”的缩写，即掺铒光纤放大器，是一种使用铒离子来作为增益介质的光纤放大器。原理是通过在光纤制作中将铒离子掺入光纤芯中，使用泵浦光直接对光信号放大，提供光增益。基本结构如下图，掺铒光放大器主要是由掺铒光纤（EDF）、泵浦、光耦合器、光隔离器、滤波器组成。

双向泵浦方式

掺铒光纤（EDF）是一段长度大约为10~100m的石英光纤，将铒离子注入到纤芯中，浓度约为25mg/kg。泵浦的作用是用来向掺铒光纤提供能量，将基态的铒离子激励到高能态，致使粒子数发生反转，从而受激辐射，实现对1550nm波段光信号的放大。耦合器是将输入的需要被放大的弱光信号和泵浦光源输出的光波耦合进同一根光纤中，一般采用波分复用器（WDM）。隔离器起到防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只能正向传输的器件，不要受后向散射光的影响，可以稳定正常的放大光信号。光滤波器是用来滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统的影响，提高系统的信噪比，同时用来过滤掉泵浦光源这一部分的光，使得输出的光信号与原来的输入光信号是相同频率的。

随着EDFA的广泛应用，下一代ROADM网络、硅光、相关传输等新型应用推动了EDFA向更加小型化发展。为此有些厂家就提出了ALL IN ONE的概念，将隔离器、WDM、耦合器、PD、TAP等集成在一个器件内，这就是hybrid混合器件。


超级混合小型化光放大器：（a）功能图

超级混合小型化光放大器：（b）原理图

如图所示，器件1部分为两个光隔离器芯原理图，光束从准直器入射，经过楔角片、法拉第片和楔角片，分成寻常光（O光）和非寻常光（E光）。由于正向入射时，O光和E分开距离很小，所以能够正常耦合进准直器2输出光纤。由于隔离器芯的作用，反向O光和E光分开距离比较大，无法正常耦合进准直器1的输入光纤，从而起到隔离效果。器件2部分为1x2的WDM器件原理图。从器件1入射的信号光光束，采用渐变折射率透镜对信号光进行二次准直，透镜出射端面贴有薄膜技术实现的可调波长滤波片（TFF），滤波片出射端面镀有特定反射膜，允许特定中心波长通过，剩余波长的光束被反射回2端口。同时，泵浦光从WDM合波器的另一个端口入射，泵浦光波长一般为980nm正向泵浦或者1480nm光反向泵浦。最终，信号光和泵浦光合成一束光，进入掺铒光纤（EDF）被放大。器件4采用分光棱镜把光束分为两束功率比99：1的光，其中1%的光输出到PD端供监测使用，99%的光作为信号光输出。



Hybrid混合器件通常可根据应用需求而选择定制化集成某些功能，如亿源通的hybrid系列产品有ITPH（隔离器/耦合器/光电二极管）、ITAP（隔离器/TAP耦合器）、WDIH（隔离器/WDM波分复用）、ITWDM（隔离器/TAP/WDM波分复用）这几种混合组件。

将光隔离器、波分复用（WDM）器件、光环形器和分光器（TAP）等集成到一个混合器件里面， 为EDFA应用提供了集成解决方案，帮助实现掺铒光纤放大器（EDFA）的集成化、小型化、多功能、低成本。