[工學(xué)]光纖通信劉增基版第七章(編輯修改稿)
2025-04-18 02:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 監(jiān)視 激光器驅(qū)動(dòng)輸入 光輸出 圖 (b) 實(shí)用光纖放大器構(gòu)成方框圖 EDFA的工作特性 ? 光放大器的增益 ? 光放大器的噪聲 ? EDFA的多信道放大特性 ? EDFA的大功率化 一、光放大器的增益 ? 增益 G是描述光放大器對(duì)信號(hào)放大能力的參數(shù)。定義為： ? G與光放大器的泵浦功率、摻雜光纖的參數(shù)和輸入光信號(hào)有很復(fù)雜的關(guān)系。 inso u tsPPdBG,10l o g10)( ?輸出信號(hào)光功率 輸入信號(hào)光功率 增益 G與輸入光信號(hào)功率的關(guān)系 輸入光功率較小時(shí)， G是一常數(shù) (30dB)，即輸出光功率 PS,OUT與輸入光功率 PS,IN成正比例。 G0為光放大器的小信號(hào)增益。 G0 飽和輸出功率： 放大器增益降至小信號(hào)增益一半時(shí)的輸出功率。 3dB Pout,sat 當(dāng) PS,IN增大到一定值后，光放大器的增益 G開始快速下降。增益飽和現(xiàn)象。 飽和區(qū)域 增益 G與輸入光波長(zhǎng)的關(guān)系 增益譜 G(?)：增益 G與信號(hào)光波長(zhǎng) ?的關(guān)系。光放大器的增益譜不平坦。 對(duì)于給定的放大器長(zhǎng)度（ EDF長(zhǎng)度），增益隨泵浦功率在開始時(shí)按指數(shù)增加，當(dāng)泵浦功率超過一定值時(shí)，增益增加變緩，并趨于一恒定值。 小信號(hào)增益隨泵浦功率而變的曲線 小信號(hào)增益隨放大器長(zhǎng)度而變的曲線 當(dāng)泵浦功率一定時(shí)，放大器在某一最佳長(zhǎng)度時(shí)獲得最大增益，如果放大器長(zhǎng)度超過此值，由于泵浦的消耗，最佳點(diǎn)后的摻鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快下降。 因此，在 EDFA設(shè)計(jì)中，需要在摻鉺光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇合適的泵浦功率和光纖長(zhǎng)度，使放大器工作于最佳狀態(tài)。 二、放大器的噪聲 ? 所有光放大器在放大過程中都會(huì)把自發(fā)輻射（或散射）疊加到信號(hào)光上，導(dǎo)致被放大信號(hào)的信噪比（ SNR）下降，其降低程度通常 用噪聲指數(shù) Fn來表示，其定義為： ? 主要噪聲源： 放大的自發(fā)輻射噪聲（ ASE） ，它源于放大器介質(zhì)中電子空穴對(duì)的自發(fā)復(fù)合。 ? 自發(fā)復(fù)合導(dǎo)致寬譜背景噪聲。 outinn S N RS N RF)()(?ASE ： Amplified Spontaneous Emission EDFA放大 1540nm波長(zhǎng)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的影響 ASE噪聲疊加在信號(hào)上，導(dǎo)致信噪比下降。 寬譜光源 ASE噪聲 ? ? nsnsnso p tPD EEEEEEPi 2222 ???????信號(hào)光和 ASE噪聲一同輸入到光檢測(cè)器中進(jìn)行檢測(cè)，各種頻率分量相互拍頻： 因此，在 PD之后， ASE 帶來的噪聲包括： ASE噪聲項(xiàng) ASE與信號(hào)的拍頻項(xiàng) 它們落在檢測(cè)器帶寬內(nèi)降低接收機(jī)的信噪比 解決辦法：通過一個(gè)帶通濾波器 抑制 ASE噪聲功率 三、 EDFA的多信道放大特性 ? EDFA的增益恢復(fù)時(shí)間 ?g~10ms (SOA的?g=~1ns), 其增益不能響應(yīng)調(diào)制信號(hào)的快速變化 ，四波混頻效應(yīng)也很小 ， 所以在多信道放大中不引入信道間串?dāng)_ (SOA則不然 )，是其能夠用于多信道放大的關(guān)鍵所在。 ? EDFA對(duì)信道的插入、分出或無(wú)光故障等因素引起的輸入光功率的變化（ 較低速變化 ）能產(chǎn)生響應(yīng) 瞬態(tài)特性。 在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)予以控制 增益鉗制。 ? 多信道放大中存在的其它問題： ? 增益平坦 ? 增益鉗制 ? 高的輸出功率 EDFA的級(jí)聯(lián)特性 信道間增益競(jìng)爭(zhēng)，多級(jí)級(jí)連使用導(dǎo)致“尖峰效應(yīng)” 1544 1569 典型的 EDFA增益譜 固有的增益不平坦，增益差隨級(jí)聯(lián)放大而積累增大 各信道的信噪比差別增大 各信道的接收靈敏度不同 增益平坦 增益譜的形狀隨信號(hào)功率而變，在有信道插入、分出的動(dòng)態(tài)情況下，失衡情況更加嚴(yán)重 BER 接收光功率 光功率 波長(zhǎng) 光功率 波長(zhǎng) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī) ?N ?1 ?2 ?3 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) 光接收機(jī) EDFA ?1 ?N ?3 ?2 1. 濾波器均衡： 采用透射譜與摻雜光纖增益譜反對(duì)稱的濾波器使增益平坦 , 如： 薄膜濾波、紫外寫入長(zhǎng)周期光纖光柵、周期調(diào)制的雙芯光纖等。 只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)增益譜的平坦，在信道功率突變時(shí)增益譜仍會(huì)發(fā)生變化。 EDFA + 均衡器 → 合成增益 增益平坦 /均衡技術(shù) (1) 2. 新型寬譜帶摻雜光纖： 如摻鉺氟化物玻璃光纖（ 30nm平坦帶寬）、鉺 /鋁共摻雜光纖（ 20nm平坦帶寬 ）等， 靜態(tài)增益譜平坦 ，摻雜工藝復(fù)雜。 3. 聲光濾波調(diào)節(jié)： 根據(jù)各信道功率，反饋控制放大器輸出端的多通道聲光帶阻濾波器，調(diào)節(jié)各信道輸出功率使之均衡， 動(dòng)態(tài)均衡 需要解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性
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