隨著光傳送網(wǎng)不斷向邊緣網(wǎng)領(lǐng)域延伸，各類新的低成本光器件將不斷涌現(xiàn)并將在這些領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。網(wǎng)絡(luò)營(yíng)運(yùn)商需要一種能在城域網(wǎng)和接入網(wǎng)特定節(jié)點(diǎn)上按需給出特定增益量的放大器，這種放大器必須做到價(jià)格低廉、維護(hù)成本最少、充分利用現(xiàn)有的光纖，并能隨著城域網(wǎng)的發(fā)展而擴(kuò)容。2001年出現(xiàn)的商用化摻鉺波導(dǎo)光放大器（EDWA）就是其中一種，是適合于城域網(wǎng)應(yīng)用的新型集成光器件產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)在于它的緊湊性、可靠性、靈活性和較低的制造成本。相對(duì)于EDFA，EDWA在尺寸、增益和成本上都有所下降，這樣EDWA就可以根據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)地點(diǎn)安裝。由于結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小巧，很適合于有限空間內(nèi)的靈活應(yīng)用，相對(duì)于半導(dǎo)體光放大器，EDWA具有低噪聲指數(shù)、很小的增益偏振相關(guān)性以及不存在通道間的串?dāng)_等一些固有優(yōu)勢(shì)。
2材料種類及制作方法
EDWA是由嵌入摻鉺玻璃基片上的波導(dǎo)組成的，選用合適的波導(dǎo)材料，只需使用數(shù)厘米長(zhǎng)高濃度的摻鉺增益介質(zhì)，就可以得到常規(guī)摻鉺光纖幾十倍的單位長(zhǎng)度光增益。由于單純?cè)黾鱼s離子濃度會(huì)降低鉺離子的轉(zhuǎn)換效率，因此，在制造過程中必須要精確地微調(diào)并保持平衡才能制造出所需增益的光波導(dǎo)放大器。研究表明，每厘米獲得2到3dB的增益是較好的平衡點(diǎn)，根據(jù)不同的波導(dǎo)材料，一般采用5到10厘米長(zhǎng)的摻鉺波導(dǎo)，就可以獲得可靠、高效的EDWA。
EDWA的波導(dǎo)材料主要有三類：氧化薄膜(Al2O3、Y2O3、SiO2)、聚合物及純硅。荷蘭原子與分子研究所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于氧化薄膜材料，采用1mm2的Al2O3波導(dǎo)材料的最小放大器在10mW的泵浦光下可提供2.3dB的增益；在Y2O3波導(dǎo)材料中共摻雜Eu可提高增益性能并降低上轉(zhuǎn)換影響；在SiO2波導(dǎo)材料中摻入Yb離子或引入Si量子點(diǎn)能改善泵浦效率，通過優(yōu)化配置，可使放大器的增益高達(dá)4.1dB/cm。在聚合物中摻Er可在1.5um波段實(shí)現(xiàn)70nm的增益帶寬，但量子效率較小。在Si基上生長(zhǎng)SiO2緩沖層，再在其上沉積600nm厚、4cm長(zhǎng)的Al2O3摻鉺波導(dǎo)，上面覆蓋SiO2包層，端面拋光，用1480nm波長(zhǎng)、10mW的泵源泵浦，在1530nm處可得到4dB的增益，除去波導(dǎo)損耗，實(shí)際可得到2.3dB。在硅基上的1cm長(zhǎng)的磷硅酸鹽（由Er2O3、Al2O3、Na2O、La2O3、P2O5組成）玻璃波導(dǎo)，用21mW的1480nm波長(zhǎng)泵浦，在1535處可得到4.1dB的增益。
制造商生產(chǎn)摻鉺玻璃波導(dǎo)主要是基于20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)技術(shù)，其方法主要有：火焰水解法（FHD）、化學(xué)氣相淀積法（CVD）、離子注入法、離子交換法、濺射法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。
目前，制作波導(dǎo)放大器最先進(jìn)的兩種方法是法國(guó)Teem光子公司開發(fā)的離子交換法和朗訊開發(fā)的濺射法。用離子交換法在氧化物玻璃基片上制作出的波導(dǎo)掩埋于玻璃表面下，這樣可以保證波導(dǎo)穩(wěn)定并使其性能得到優(yōu)化，這種波導(dǎo)具有更低的傳輸損耗和偏振相關(guān)性，可以支持限定的模式，且能夠更好的與光纖兼容。濺射法是通過離子束的照射，將塊狀濺射靶玻璃上的離子濺射出來(lái)并在硅片上形成一層摻鉺玻璃薄膜，再經(jīng)過刻蝕工藝形成增益介質(zhì)波導(dǎo)。波導(dǎo)在覆蓋層的保護(hù)下，可以在適當(dāng)?shù)膫鬏敁p耗下支持高度約束的模式。在這兩種制作EDWA的方法中，相對(duì)說(shuō)來(lái)離子交換法工藝簡(jiǎn)單、成本低，應(yīng)用最多也最成熟。
3產(chǎn)品研制情況
EDWA不僅可以提供單波長(zhǎng)而且可以提供多波長(zhǎng)的光放大，并且可采用雙源雙向泵浦的方式以提高各信道的增益；可在同一個(gè)基片上集成多個(gè)EDWA，形成陣列型的光放大器，大大縮小體積，并可方便地實(shí)現(xiàn)DWDM系統(tǒng)中多波長(zhǎng)增益的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；在Er波導(dǎo)中共摻Y(jié)b或Eu可提高增益性能并提高增益譜的平坦性；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，可將AWG與EDWA陣列集成在一起，以實(shí)現(xiàn)光信道的動(dòng)態(tài)增益均衡；波導(dǎo)型分路器與EDWA集成在一起可應(yīng)用于接入網(wǎng)。由于技術(shù)門限較高，目前能推出商用化EDWA產(chǎn)品的主要還是集中在以下幾家公司。
法國(guó)Teem光子公司于1998年末首先發(fā)布采用非刻蝕或沉積的離子交換法，在玻璃薄片而不是在硅片上制作波導(dǎo)，具有非常低的偏振和損耗特性。隨后，美國(guó)Northstar光子公司及JDSU也采用了此技術(shù)。Teem的EDWA具有低功耗、高性能及低成本，適于接入網(wǎng)及城域網(wǎng)應(yīng)用，尺寸為81mm´35mm´12mm，僅有半張信用卡大小。該公司在OFC2002上展出的C帶功放EDWA集成了一個(gè)980的非制冷泵源，提供增益平坦性能，輸出功率可從10到15dBm，可支持一到幾個(gè)信道的DWDM城域網(wǎng)系統(tǒng)。
丹麥NKT集成公司推出的C帶(1528-1562nm)20dB高增益EDWA，采用了980nm/100mW泵源，噪聲指數(shù)小于4.5dB，并可單片集成多個(gè)放大器?！ ∶绹?guó)Molecular光電子公司(MOEC)在OFC2002上展出了其大功率的WaveDaemonTM系列摻鉺波導(dǎo)放大器增益模塊。在1528-1560nm范圍內(nèi)，小信號(hào)增益大于13dB，最大飽和輸出功率大于20dBm，噪聲指數(shù)小于5dB，尺寸為37mm´102mm´13mm。
2002年9月，Teem光子公司和NKT集成公司同時(shí)發(fā)布采用PECVD制造技術(shù)，基于multi-source agreement(MSA)發(fā)展的4端口全集成EDWA，尺寸為110mmx95mmx12mm，4端口的增益可分別控制，每端口可達(dá)10dBm的輸出。此外NKT公司還可提供4及8端口可以分別控制的EDWA，且采用的是非致冷的980nm泵源，其可靠性測(cè)試通過了bbbcordia GR-1312標(biāo)準(zhǔn)。
美國(guó)Waveguide公司推出的1528-1565nm范圍的EDWA，在輸入光功率為-30dBm時(shí)，也能獲得12dB的增益，其偏振相關(guān)增益小于0.2dB。體積大小為40mm´140mm´10mm。
2000年底成立的美國(guó)Inplane光子公司在今年的OFC2003上宣布推出兩種新的城域網(wǎng)EDWA放大器產(chǎn)品。其中GEM-A2000產(chǎn)品采用泵浦光共享的方式，集成了4個(gè)EDWA，每個(gè)放大器可以獨(dú)立地控制光增益大小，在9x25mm大小的PLC（平面光波回路）芯片上集成了包括分路器、波分復(fù)用器、可變光衰減器、泵浦光帶阻濾波器及光監(jiān)控抽頭等32種功能光路。而另一種WA-2000產(chǎn)品則采用了集成化的隔離器、WDM耦合器、泵浦光帶阻濾波器，是目前全球體積最小的EDWA產(chǎn)品，尺寸大小僅為50mm´10mm´6mm。
此外，Teem光子公司在今年1季度發(fā)布的稱為PM Metro EDWA-SC的偏振光保持EDWA，尺寸極小(81x35x12mm)，并采用非制冷泵源，可作為城域網(wǎng)單信道功放和前放并可放置于相干光檢測(cè)器前以改善信號(hào)質(zhì)量。
4結(jié)語(yǔ)
EDWA是隨著城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展而出現(xiàn)的，它能夠非常容易的與隔離器、相位陣列波導(dǎo)、分插復(fù)用器、調(diào)制器、光開關(guān)等損耗器件集成在同一基片上，從而制成多種光通信集成有源器件，并以其集成度高、體積小、單位長(zhǎng)度增益大、成本低、使用靈活等優(yōu)勢(shì)正贏得設(shè)備制造商和營(yíng)運(yùn)商的青睞，而其本身的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)應(yīng)用潛力很大，相信在幾年內(nèi)必將在城域網(wǎng)、接入網(wǎng)及CATV等領(lǐng)域得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
：鞏經(jīng)理
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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