去年与今年CIOE,产业里提到400G超长距传输在C+L波段的拓展,以及各种L波段EDFA的产业化进展。
对于L波段而言,铒纤的增益较低,损耗较大,通常通过提高铒离子浓度来提高增益。或者通过铒、磷、铝共掺来降低L波段损耗,间接提高放大器增益。
今天略补充一下铒离子的掺杂方式。业内常用的有浸泡式和沉积式,浸泡式可以用低成本的单次浸泡,也可以采用多次浸泡来获得较为可控的铒离子分布曲线,当然可以采用原子级逐层沉积的方式,获得精确的离子掺杂浓度的控制。
华为对铒离子的分布,有数学公式,我就用这个来解释。
浸泡式,让光纤的前身,多孔棒浸泡在含铒离子的溶液中,多孔棒就像粉笔一样疏松结构,可以充分吸附铒离子,之后干燥脱水,再将含有铒离子的多孔棒烧结熔融成玻璃,再拉丝成掺铒光纤即可。
对于L波段,如果需要掺入磷、铝来降低激发态吸收损耗,把含铒离子的溶液,换成铒、磷、铝多种离子的复合溶液来做掺杂。
提高铒离子浓度,可以获得更大的增益G,但同时也会导致ASE自发辐射噪声,增大G可以降低NF噪声指数,但提高ASE则会增大噪声指数。这就是矛盾。
多次浸泡,就是通过掺杂浓度的精确控制,获得光信号的大增益,但抑制铒纤自身的ASE辐射功率。
铒离子的浓度,与光信号的单模光场的高斯分布做一一对应,光信号的横向光场在光纤中心能量高,铒纤就在中心区域做重掺杂,光信号在光纤波导层边沿的部分能量小,铒纤就做轻掺杂,重点是降低自发辐射噪声。
通过光场与铒离子浓度的控制,实现增益最大化,且噪声最小化。
下图这个公式的取值,来源于华为的一组实验
多次浸泡,控制每一次的铒离子浓度,实现阶梯状的掺杂浓度控制。
多次浸泡,需要先沉积再浸泡。如果改善的话,可直接通过沉积工艺环节,加入掺杂离子,直接获得更为精确的掺杂浓度。
多次浸泡,需要先沉积再浸泡。如果改善的话,可直接通过沉积工艺环节,加入掺杂离子,直接获得更为精确的掺杂浓度。