隨著光傳送網不斷向邊緣網領域延伸，各類新的低成本光器件將不斷涌現并將在這些領域發(fā)揮重要的作用。網絡營運商需要一種能在城域網和接入網特定節(jié)點上按需給出特定增益量的放大器，這種放大器必須做到價格低廉、維護成本最少、充分利用現有的光纖，并能隨著城域網的發(fā)展而擴容。2001年出現的商用化摻鉺波導光放大器（EDWA）就是其中一種，是適合于城域網應用的新型集成光器件產品，其優(yōu)勢在于它的緊湊性、可靠性、靈活性和較低的制造成本。相對于EDFA，EDWA在尺寸、增益和成本上都有所下降，這樣EDWA就可以根據需要在網絡的多個地點安裝。由于結構緊湊、尺寸小巧，很適合于有限空間內的靈活應用，相對于半導體光放大器，EDWA具有低噪聲指數、很小的增益偏振相關性以及不存在通道間的串擾等一些固有優(yōu)勢。
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組成的，選用合適的波導材料，只需使用數厘米長高濃度的摻鉺增益介質，就可以得到常規(guī)摻鉺光纖幾十倍的單位長度光增益。由于單純增加鉺離子濃度會降低鉺離子的轉換效率，因此，在制造過程中必須要精確地微調并保持平衡才能制造出所需增益的光波導放大器。研究表明，每厘米獲得2到3dB的增益是較好的平衡點，根據不同的波導材料，一般采用5到10厘米長的摻鉺波導，就可以獲得可靠、高效的EDWA。
EDWA的波導材料主要有三類：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驗結果表明：對于氧化薄膜材料，采用1mm2的Al2O3波導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波導材料中共摻雜Eu可提高增益性能并降低上轉換影響；在SiO2波導材料中摻入Yb離子或引入Si量子點能改善泵浦效率，通過優(yōu)化配置，可使放大器的增益高達4.1dB/cm。在聚合物中摻Er可在1.5um波段實現70nm的增益帶寬，但量子效率較小。在Si基上生長SiO2緩沖層，再在其上沉積600nm厚、4cm長的Al2O3摻鉺波導，上面覆蓋SiO2包層，端面拋光，用1480nm波長、10mW的泵源泵浦，在1530nm處可得到4dB的增益，除去波導損耗，實際可得到2.3dB。在硅基上的1cm長的磷硅酸鹽（由Er2O3、Al2O3、Na2O、La2O3、P2O5組成）玻璃波導，用21mW的1480nm波長泵浦，在1535處可得到4.1dB的增益。
制造商生產摻鉺玻璃波導主要是基于20世紀90年代發(fā)展起來的硅基沉積二氧化硅光波導技術，其方法主要有：火焰水解法（FHD）、化學氣相淀積法（CVD）、離子注入法、離子交換法、濺射法和熔膠－凝膠法（Sol-gel）。
目前，制作波導放大器最先進的兩種方法是法國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掩埋于玻璃表面下，這樣可以保證波導穩(wěn)定并使其性能得到優(yōu)化，這種波導具有更低的傳輸損耗和偏振相關性，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并在硅片上形成一層摻鉺玻璃薄膜，再經過刻蝕工藝形成增益介質波導。波導在覆蓋層的保護下，可以在適當的傳輸損耗下支持高度約束的模式。在這兩種制作EDWA的方法中，相對說來離子交換法工藝簡單、成本低，應用最多也最成熟。
3產品研制情況
EDWA不僅可以提供單波長而且可以提供多波長的光放大，并且可采用雙源雙向泵浦的方式以提高各信道的增益；可在同一個基片上集成多個EDWA，形成陣列型的光放大器，大大縮小體積，并可方便地實現DWDM系統(tǒng)中多波長增益的動態(tài)調節(jié)；在Er波導中共摻Yb或Eu可提高增益性能并提高增益譜的平坦性；根據實際應用需要，可將AWG與EDWA陣列集成在一起，以實現光信道的動態(tài)增益均衡；波導型分路器與EDWA集成在一起可應用于接入網。由于技術門限較高，目前能推出商用化EDWA產品的主要還是集中在以下幾家公司。
法國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，具有非常低的偏振和損耗特性。隨后，美國Northstar光子公司及JDSU也采用了此技術。Teem的EDWA具有低功耗、高性能及低成本，適于接入網及城域網應用，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，可支持一到幾個信道的DWDM城域網系統(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，噪聲指數小于4.5dB，并可單片集成多個放大器?！ ∶绹鳰olecular光電子公司(MOEC)在OFC2002上展出了其大功率的WaveDaemonTM系列摻鉺波導放大器增益模塊。在1528-1560nm范圍內，小信號增益大于13dB，最大飽和輸出功率大于20dBm，噪聲指數小于5dB，尺寸為37mm´102mm´13mm。
2002年9月，Teem光子公司和NKT集成公司同時發(fā)布采用PECVD制造技術，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，其可靠性測試通過了Telcordia GR-1312標準。
美國Waveguide公司推出的1528-1565nm范圍的EDWA，在輸入光功率為-30dBm時，也能獲得12dB的增益，其偏振相關增益小于0.2dB。體積大小為40mm´140mm´10mm。
2000年底成立的美國Inplane光子公司在今年的OFC2003上宣布推出兩種新的城域網EDWA放大器產品。其中GEM-A2000產品采用泵浦光共享的方式，集成了4個EDWA，每個放大器可以獨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，可作為城域網單信道功放和前放并可放置于相干光檢測器前以改善信號質量。
4結語
EDWA是隨著城域網和接入網的廣泛應用和發(fā)展而出現的，它能夠非常容易的與隔離器、相位陣列波導、分插復用器、調制器、光開關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、單位長度增益大、成本低、使用靈活等優(yōu)勢正贏得設備制造商和營運商的青睞，而其本身的技術發(fā)展和市場應用潛力很大，相信在幾年內必將在城域網、接入網及CATV等領域得到大規(guī)模的推廣應用。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
