引言
随着全球数据流量呈指数级增长，光通信系统需要开发新的传输容量。传统光通信主要使用C波段（1530-1565 nm），研究人员和工程师正在研究多波段传输（MBT）作为满足不断增长的带宽需求的经济有效解决方案。本文探讨了一种混合分布式-离散拉曼放大器的实现和性能，该放大器可在多个光波段（E、S、C和L波段，1410-1605 nm）实现信号放大[1]。
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系统架构与运行原理
混合拉曼放大器结合了分布式和离散放大技术，实现超宽带信号放大。系统架构采用混合分布式-离散拉曼放大器（DDRA），设计用于放大覆盖E、S、C和L波段的信号。
图1展示了超宽带混合分布式-离散拉曼放大器示意图和光谱特性，包括(a)放大器示意图，(b)SSMF输入光谱，(c)无放大时SSMF输出光谱，以及(d)放大后的输出光谱。
放大器设计包含以下关键组件：
使用标准单模光纤（SSMF）的分布式拉曼放大级
工作在不同波长的多个泵浦激光器
使用反色散光纤的离散拉曼放大级
用于信道均衡的波长选择开关
用于波段分离的滤波式波分复用耦合器
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放大器性能特征
混合DDRA在整个工作带宽范围内展现出优异的性能指标。系统在所有波段实现了约14 dB的平均增益，并针对不同波长区域进行了具体优化。
图2显示了超宽带混合分布式-离散拉曼放大器的实验测量结果，包括(a)增益和噪声系数/有效噪声系数，以及(b)不同波长波段的输出光信噪比特性。
各波段的噪声性能如下：
E波段：有效噪声系数最小值低于0 dB
S波段：平均噪声系数约7 dB
C和L波段：平均噪声系数约5.5 dB
S波段短波长部分的最大噪声系数约7.5 dB
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传输系统设置与性能
实验验证采用了全面的传输设置，在实际条件下评估系统性能。
图3描述了采用146个WDM信道在50 km SSMF上进行30 Gbaud PM-16-QAM传输的实验设置。
图4呈现了146个干扰信道的30 GBaud PM-16-QAM传输性能随波长的变化，显示了(a)B2B和50 km传输的Q2因子，(b)Q2因子损耗，以及(c)B2B XY Q2因子差异。
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性能分析与建模
采用先进的建模技术有助于理解和优化系统行为。使用解析和数值方法来表征放大器性能。
图5展示了(a)分布式和(b)离散拉曼放大级的非线性系数η(fi)建模。
对系统中的功率演变和噪声特性进行了仔细分析：
图6显示了(a)每个拉曼放大级后的发射功率剖面演变和(b)DDRA后的ASE、NLI、TRX接收噪声功率剖面贡献及总和。
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系统优化与未来改进
研究确定了多个系统增强和优化途径：
图7展示了(a)DDRA后的每信道接收功率和(b)研究中描述的各种场景的Q2因子。
使用混合拉曼放大的多波段传输演示在保持性能高于8.5 dB的HD-FEC门限的同时，实现了每信道200 Gbit/s的传输速率。
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结论
混合分布式-离散拉曼放大器在E、S、C和L波段实现了成功的超宽带运行。系统在50 km SSMF上实现了200 Gbit/s PM-16-QAM信号的可靠传输，性能始终保持在HD-FEC门限以上。这项技术通过多波段传输扩大了光通信系统容量，为满足不断增长的带宽需求提供了经济有效的解决方案。
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