FRA与EDFA的混合应用案例

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1、FRA与EDFA的混合应用案例FRA与EDFA的混合应用案例一、FRA与EDFA的历史背景随着现代通信业的迅速发展，需要交换的信息量成指数增长，这就要求通信系统具备更高的传输容量，即通信线路要具备更大的带宽。实现宽带放大有两种思路：一种是完全由拉曼光纤放大器(FRA)实现，通过多泵浦的复用达到宽带放大的目的，泵浦越多则带宽越大，但泵浦数目的增多又给其实际应用带了困难，它不仅提高了系统的成本，同时使泵浦复用变得更加复杂，而且使得增益均衡的难度加大；另一种思路是利用业已成熟的掺铒光纤放大器(EDFA)技术，将

2、FRA和EDFA相结合构造宽带放大器，这样可大大减少所需泵浦数却能实现较大(80~100nm)的带宽，且增益均衡也比较容易。FRA和EDFA混合使用是当前研究的热点。FRA和EDFA混合使用是当前研究的热点。FRA的带宽很宽且噪声较低，但增益不及EDFA；而EDFA增益较高，但噪声系数和带宽不如FRA，将两者混合使用，可以融合两者的优点。二、FRA与EDFA混合原理1.1FRA的理论基础拉曼光线放大器的工作原理基于石英光纤中的受激拉曼散射机制(SRS)，利用硅光纤中的内在属性进行信号的放大。在形式上表现为

3、处于泵浦光的拉曼增益带宽的弱信号与强泵浦光波同时在光纤中传输，从而使弱信号光得到放大，图1给出了FRA的工作原理。1.2EDFA的理论基础对EDFA进行分析建立在传输方程和速率方程的基础上。采用泵浦功率为100mW、泵浦波长为980nm的EDFA，粒子的跃迁过程发生在三个能级之间。又由于能量较高的两个能级之间的跃迁是一个快速的非辐射跃迁过程，最高能级的粒子数可以被忽略，三能级系统可以简化为二能级系统得到的EDFA传输方程如下：式中：G为增益，Psout为光纤末端的输出信号功率，Psin为输入信号光功率。求

4、解以上式子，可得到EDFA的增益谱，如图4所示可以看出，EDFA的泵浦增益曲线与数目较少的FRA一样，并不具有理想的带宽。如果分别调节FRA和EDFA(选择合适的波长和功率，控制混合放大器的噪声系数)，就可以使二者叠加后的增益谱互补，实现最大程度的带宽和平坦度。图5所示为混合光纤放大器的设计框图。共有三部分构成：FRA、增益均衡器及EDFA。三、FRA与EDFA的混合应用1、混合光纤放大器的特点及其在DWDM系统中的应用以下通过介绍近年来各类HFA的实验结果和在DWDM系统中的应用表明了HFA在带宽、增益

5、谱、信噪比和传输距离等方面的优点。表1给出第一类和第二类HFA的3个例子及其实验结果，其中拉曼放大器的增益介质均为色散位移光纤(DSF)，长度约为几十公里。由于所采用的泵浦波长和功率的不同，得到了不同的带宽、增益和噪声特性。如今，已利用HFA实现了在L波段上传输1.22TbitPs的DWDM系统，系统传输带宽为38nm，传输距离可以达到7221km。其中分布式拉曼放大器的增益介质为57km的正色散光纤和23km的负色散光纤。L波段的EDFA采用0.98Lm和1.48Lm的双波长泵浦。拉曼增益的峰值波长为1

6、566nm和1608nm,增益峰值波长位于EDFA单波段的边缘。WDM信号的带宽为38.2nm(1569.7~1607.9nm),获得的平均的拉曼增益和EDFA增益大约为7dB和10dB,合成增益约为17dB。从表1可以看出，第一类和第二类HFA采用的分布式拉曼放大器的增益介质均为几十公里的DSF,对于已经铺设的光纤线路，采用这种放大器是很不实际的。但对新铺设的光纤线路(色散位移光纤)，采用分布式拉曼放大器则具有一定的优越性。表2给出第三类和第四类HFA的实例及其实验结果，它们均采用短距离的拉曼光纤构成分

7、立式放大器。这两类放大器可以不用考虑采用哪种类型的传输光纤，并且可以充分利用现有资源，便于商业化的发展。从以上的实验实例可以看出,HFA可以为DWDM系统提供的带宽比单独的FRA以及EDFA所能提供的带宽要大的多。例如，1997年采用第一类HFA结构的第一个宽带混合放大器所取得的3dB带宽为65nm而依照当时的水平，只采用一个掺饵光纤放大器，所能获得的带宽水平分别为：在1545nm附近产生33nm带宽(采用980nm泵浦和均衡器)和35nm带宽(采用1480nm泵浦和基于氟化物光纤的EDFA)，在1580

8、nm附近产生40nm带宽(采用1550nm泵浦或1550nm和1480nm双波长泵浦),而且HFA的输出增益也非常高。例如表2中列出的第四类HFA，加增益均衡器后的净增益的峰值为28.1dB,如果不采用增益均衡器获得峰值增益可以达到30.6dB。从噪声特性方面来看,HFA也可以获得较为理想的噪声特性。以1999年NTT实验室推出的HFA为例，所获得的光信噪比如图3所示。图中示出了在0.2nm光带宽内的混合放大器的光信噪比,还和