dwdm系统中掺铒光纤放大器增益平坦性探究

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1、DWDM系统中掺钩光纤放大器增益平坦性探【摘要】本论文从优化设计自身增益平坦性和引入增益平坦滤波器两个方面阐述了EDFA的增益平坦技术，分析对比了静态增益平坦滤波器和动态增益平坦滤波器的优缺点。论文还介绍了一种增益箝制技术，采用单根光纤光栅来箝制EDFA增益，对EDFA的增益平坦实验研究有一定的指导意义。【关键词】掺餌光纤放大器；增益平坦；增益箝制0.引言近些年DWDM技术发展迅猛，商用的DWDM系统最高速率已达800Gb/s,光传输距离也从600km大幅扩展至2000km以上。DWDM技术之所以发展如此迅速，主要得益于掺钩光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier,

2、EDFA)技术的日益成熟。EDFA能够对光信号进行直接放大，对数据透明，增益大、噪声低，在价格和可靠性方面比电中继有优势，因而在光通信系统中得到了广泛的应用。在长距离传输DWDM系统中，EDFA可以大大增强系统的传输能力，但增益平坦度并不理想，容易造成各个信道之间的光功率和信噪比各不相同，从而使得增益高的信道，出现光功率饱和与非线性效应，使增益低的信道出现光信噪比恶化等现象。因此，对EDFA的增益平坦性的研究就显得格外重要。1.EDFA的各种增益平坦化技术国外从上世纪九十年代初就开始进行EDFA增益平坦化的研究。早期曾报道过利用光凹槽滤波器滤波的方法[1],通过被动滤波，在38mW的980

3、nm泵浦下，增益为27dB时，EDFA的3dE带宽达33nmo后来又有声光滤波的方法[2,3],其结果是15nrn带宽范围内增益变化小于ldB,但由于声光滤波器不能集成到光纤上，并且连接技术复杂，因此在实际应用中受到很大的限制。目前，对掺餌光纤放大器进行增益平坦化的操作，主要可以分为两类。一类是优化设计自身增益平坦的EDFA,如通过引入特种光纤来改善EDFA增益的不平坦型，或者通过优化EDFA结构参数如泵浦方式、泵浦功率分配以及EDF长度等来设计优化增益平坦的EDFAo由改变光纤基质类型改善放大器的增益平坦性，包括氟基掺钩光纤放大器（F-EDFA）,碼基掺餌光纤放大器（T-EDFA）。通过

4、掺杂来改善放大器的增益平坦性包括：掺铝的EDFA,掺锣EDFA,其他类型掺杂EDFAo一类是使用增益均衡器进行增益平坦化处理。包括结构中加入光纤光栅增益平坦滤波器，利用光纤环镜进行增益平坦化，使用微光干涉仪进行增益平坦化。从技术角度，则可划分为静态增益平坦技术和动态增益平坦技术两大类。是通过使用增益均衡器和改变掺杂光纤的基质材料、掺杂物质来实现的。2•优化设计自身增益平坦性随着掺杂技术以及光纤封装技术的发展和进步，特种光纤被引入到EDFA增益平坦化研究中来，即通过改变光纤基质类型或者掺杂来改善EDFA的增益平坦特性，采用这种方法不需要在EDFA外部插入任何增益均衡器，也不会影响放大器的工作

5、效率，是一种可行且具有发展潜力的增益平坦技术。另外，还可以通过调整级联EDFA中的结构参数（掺餌光纤长度，泵浦功率和泵浦位置）来改善EDFA的增益平坦性。1.1改变光纤基质类型2.1.1氟基掺钾光纤放大器（F-EDFA）1994年，法国的D.Bayart等人研究发现，采用氟化物光纤制成的EDFA具有很大的平坦增益带宽。它们使用7.1米长双向泵浦的氟基掺弭的光纤放大器（F-EDFA）,同时监视放大器的后向ASE,通过调整泵浦源的电流，使EDFA最后平坦度低于0.5dB[4]（未平坦前为4.5dB）o1996年，MakotoYanada等人对氟基掺钩光纤放大器进行了进一步研究，他们的实验证明：

6、对于8个通道的WDM系统，位于1532-1560nm范围的信号，不同通道的增益差异小于1.5dB；F-EDFA在1534T542nm波长范围内具有很好的平坦度，对于WDM信号增益差异小于0.2dB[5]o2.1.2蹄基掺餌光纤放大器（T-EDFA）1997年，NTT公司在OFC'97上报道了其研制的一种新型蹄基（Te）EDFA,由于蹄基玻璃具有高的稳定性、耐腐蚀性和稀土离子可溶性，因此是一种非常好的EDF的基质材料。蹄基玻璃中的餌离子可以在很大的带宽范围内具有较大的受激发射截面，尤其在1600側波长附近时，餌离子仍有较大的受激发射截面，它的上限波长达1634nmo实验表明，在80nm（15

7、30nm〜1610nm）的带宽范围内，可以保持20dB的较高增益，而增益变化小于1.5dB［6］。2.2掺杂改善EDFA增益平坦性理论和实验研究表明，在掺餌光纤中同时掺杂A1（铝）离子时，由于高浓度的铝可以很好地吸收1550nm的增益峰,因此可以使EDFA的增益获得好的平坦度。提高掺餌光纤中的铝离子浓度是近些年通过掺杂改善放大器增益平坦性研究其中的主要手段，实验证明采用这种掺杂方案可以有效改善放大器的增益平坦性［7］。2