关于wdm系统中的edfa特性研究

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1、第２８卷第４期甘肃科技Ｖｏｌ２８Ｎｏ４２０１２年２月ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＦｅｂ２０１２ＷＤＭ系统中的ＥＤＦＡ特性研究吴兰琴（兰州铁路局调度机械室，甘肃兰州７３００００）摘要：首先介绍了ＷＤＭ技术的工作原理及其系统的组成；其次介绍了ＷＤＭ系统中ＥＤＦＡ的工作原理及其特性，通过研究ＥＤＦＡ的特性，实现ＷＤＭ系统的更优性能。关键词：掺铒光纤放大器；ＷＤＭ系统；ＥＤＦＡ特性中图分类号：ＴＮ９１９ＷＤＭ技术是在一根光纤中同时传输多波长光态，即处于Ｅ２能级的粒子数大于Ｅ１的粒子数。因信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波此，必须对激

2、光工作介质即掺饵光纤进行泵浦，引入长的信号组合起来（复用），送入到光缆线路上的同泵浦光，使基态Ｅ１的粒子产生受激吸收跃迁，而到一根光纤信号中进行传输，在接收端又将组合波长达一个高能级Ｅ３。在掺饵光纤中，跃迁的粒子就是３＋３＋的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出饵离子Ｅｒ。Ｅｒ离子在Ｅ３能级寿命很短，很快原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光通过非辐射跃迁的方式到Ｅ２能级。由于受激辐射［１］波长分割复用，简称光波分复用技术。的作用，在输入信号光时，能级Ｅ２的粒子将跃迁到ＷＤＭ系统主要由光发射机、光波复用器、光功能级Ｅ１，并以光子形式释放能量，从而实

3、现了光放率放大器、传输光纤链路、光前置放大器、光波解复大。在能级Ｅ１和Ｅ２之间存在受激辐射的同时还用器、光接收机构成。光放大器是指能够在光域直存在受激吸收，能级Ｅ１的粒子吸收信号光光子能接提升信号功率的器件，它通过提高信号发射功率量跃迁到能级Ｅ２，这一作用使信号光衰减。当受激和补偿传输中的功率损失而延长无电中继的传输距辐射带来的光放大刚好抵消受激吸收带来的光衰减离，从而大大简化了系统结构，降低系统成本；另外，时，称掺饵光纤被“漂白”。若受激发射大于受激［３］光放大器能够同时透明放大多路高速ＷＤＭ信号，吸收，则得到了对信号光的净增益。实现宽带、大容量的光中继；最后

4、，借助与光放大器还能够进行各种光信号的处理，如波长变换、波长选择、光开关、光再生等等，从而增加网络对光的控制［２］和处理能力。掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）是最理想的光放大器，ＥＤＦＡ主要有掺铒光纤、泵浦光源、耦图１三能级的工作模型合器、隔离器等部件组成，它的主要应用形式有作前置放大器、作功率放大器和作光中继器等三种形式。２ＥＤＦＡ特性因此，研究ＷＤＭ系统中ＥＤＦＡ的特性也就显得非ＥＤＦＡ特性包括其增益特性、噪声特性，用于常重要。ＷＤＭ系统的ＥＤＦＡ还应包括增益谱特性。１掺饵光纤放大器的原理２１增益特性ＥＤＦＡ的放大功能是利用Ｅｒ３＋的受激辐射放大ＥＤＦＡ的增益定

5、义为输出信号光功率与输入信原理，其粒子数反转以及增益谱特性都与Ｅｒ３＋的能号的光功率的比值级结构有关。ＥＤＦＡ的工作原理与激光器的工作原Ｇ＝Ｐｓｏｕｔ／Ｐｓｉｎ理类似，一般可用一个三能级的工作模型来描述，如影响增益的因素很多，包括泵浦功率、掺饵光纤图１所示。Ｅ１是激光器的基态，Ｅ２是激光器的上的长度以及输入信号光功率，而限制增益进一步提能级，Ｅ３是高于上能级的一个能级。ＥＤＦＡ实现放高的因素还包括由于放大的自发辐射噪声（ＡＳＥ）引大的必要条件是激光工作介质处于粒子数反转状起的自饱和现象等。我们常用增益———输出信号光第４期吴兰琴：ＷＤＭ系统中的ＥＤＦＡ特性研究１

6、３功率关系来反应ＥＤＦＡ的增益特性，关系曲线如图在非饱和区，ＥＤＦＡ的增益谱可表示为：２所示。可以看到，在小信号区，增益变化很小而输Ｔ（λ）ｄＢ＝１０ｌｇＴ（λ）入光功率较大时，进入饱和状态，增益将迅速下降。＝１０Ｐ０Ｌ［ｎ２δｅ（λ）－ｎ１δｎ（λ）］式中，Ｐ０为有效铒离子浓度，Ｌ为掺铒光纤长度，δｅ（λ）和δｎ（λ）分别为波长λ处的发射和吸收截面；ｎ１和ｎ２分别为沿整条掺铒光纤长度基级和上能级的平均归一化粒子数。ＩＬｎ１，２＝∫０Ｎ１，２（Ｚ）ｄＺρ０Ｌ当泵浦功率很大，掺铒光纤实现完全粒子数反转，则有ｎ１＝０，于是有：１０Ｐ０Ｌ图２ＥＤＦＡ的增益和噪声特性曲

7、线Ｔ（λ）ｄＢ＝１０ｌｇＴ（λ）＝ｌｎ１０ｎ２σｎ（λ）２２噪声特性此时，ＥＤＦＡ的增益谱与ＥＤＦ的发射截面谱形ＥＤＦＡ的噪声主要来自放大器的自发辐射噪声状一致。（ＡＳＥ），在带宽Δν内的ＡＳＥ的噪声功率为：ＰＡＳＥ＝２ｎｓｐ（Ｇ－１）ｈｖΔν３ＥＤＦＡ在波分复用（ＷＤＭ）系统中式中：Ｇ为ＥＤＦＡ的增益，ｈ为普朗克常数，ν为自发的应用辐射光频率，ｎｓｐ为自发辐射因子，其值为：图４为ＷＤＭ系统示意。如图４所示，ＥＤＦＡ在ｎｓｐ＝ηＮ２／（ηＮ２－Ｎ１）波分复用系统中的应用主要包括以下三点：式中，η＝δｅ／δｎ，δｅ和δｎ分别为发射和吸收截面，Ｎ２和Ｎ１分别为放大

8、器上能级和基级的粒子数密