级联掺铒光纤放大器噪声特性研究(1)new

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1、ISSN1009-3044E-mail:kfyj@cccc.net.cnComputerKnowledgeAndTechnology电脑知识与技术http://www.dnzs.net.cnVol.4,No.6,November2008,pp.1517-1518,1521Tel:+86-551-56909635690964级联掺铒光纤放大器噪声特性研究1，2莫徽忠（1.广西大学电气工程学院，广西南宁530006；2.柳州职业技术学院电子电气工程系，广西柳州545005）摘要：通过对单级EDFA、两段级联EDFA和多级级联EDFA的噪声系数分析研究，表明在第一级EDFA增益较大

2、时（>26dB）两段级联EDFA与单级EDFA具有相近的噪声系数，多级级联EDFA在不同条件下的噪声系数可由同一表达式进行推理得出。关键词：级联EDFA；噪声系数；ASE噪声中图分类号：TP342文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)33-1517-02StudyontheNoiseofCascadeEDFAMOHui-zhong1,2(1.CollegeofElectricalEngineering,GuangxiUniversity,Nanning530006,China;2.LiuzhouVocational&TechnicalCollege,Liuzh

3、ou545006,China)Abstract:Throughthesingle-stageEDFA,twocascadeEDFAandmulti-levelcascadeEDFAnoisefigureanalysis,showthatthesingle-stageEDFAandtwocascadeEDFAissimilartothenoisefigureinthefirst-classEDFAgainlarger(>26dB).Thenoisefigureexpressionofmulti-levelcascadeEDFAunderdifferentconditionsis

4、comeoutbythesamereason.Keywords:CascadeEDFA;noisefigure;ASEnoise1引言掺铒光纤发大器EDFA具有高增益、高输出功率、低噪声、宽带宽、对偏振不敏感等多项优点，越来越广泛地应用于数字通信、光纤有线电视系统和密集波分系统中。其应用也比较灵活，可以作为前置放大器对接收信号进行预放大，也可以作为线路放大器用来补偿链路损耗，还可以用作为功率放大器在发射机后提高光功率。在光纤CATV系统中，为降低成本扩展链路长度，使更多的用户共用一个前端和发射机，常常将EDFA进行级联，而且级联数目在四级或更多。在DWMD密集波分复用系统中，

5、也经常将EDFA进行级联使用以克服级间损耗。在多个掺铒光纤放大器(EDFA)级联对信号进行放大过程中，不可避免地带来了噪声，噪声在随后的放大器中和信号一起被多次放大，噪声也会随级联级数的增多而逐步积累。因此，为了保证通信质量即好的光信噪比以及合理配置光放大器，十分有必要对级联EDFA中的噪声积累进行研究。论文对单级EDFA、两段级联EDFA和多级级联EDFA的噪声系数进行全面分析。2单级EDFA的噪声分析EDFA的放大原理是铒离子的受激辐射，由图1可知，铒离子在泵浦源的作用下，能由能级1跃迁到能级2或能级3，处于能级3的粒子会很快的衰变到能级2，时间约为1μs，而处于能级2的

6、粒子却有约10ms的暂留时间，期间可能由外界输入的信号引发受激辐射，也可能发生自发辐射，由于自发辐射的产生是随机的，而且所产生的光信号波长与被放大的光信号是相同的，不容易用光滤器进行滤出，因此，它是引起放大信号噪声的主要原因。由自发辐射因子的定义有[1]：nsp=N2/（N2-N1）（1）其中，N2和N1分别为处于能级2和能级1上的粒子数，N3为能级3上的粒子数，N3可以近似为零。理想的放大器nsp→1，实际nsp值约为1.4到4。自发辐射因子越大，放大器所产生的放大的自发辐射的功率也越大。基于噪声—噪声拍频的噪声系数F可由下式给出[2]：n（2）其中PASE是放大的自发辐射

7、的平均总功率，hf为光子的能量，,G是放大器增益，BW是放大器的光带宽。放大的自发辐射的平均总功率有：PASE=2nsphfGBW（3）于是有Fn≈2nsp，这就是EDFA的噪声系数Fn从3.5dB到9dB变化的原因。实验证明，EDFA的噪声和增益都对EDFA的参数有不同的依赖关系[3]，与EDF的长度关系如图2，与输入信号功率的关系如图3，与信号波长关系如图4。由图2可知，对于反向泵浦结构，其增益与噪声均较高，而对于同向泵浦结构的EDFA，其增益与噪声几乎为常数。由图3可知，随着输入功率增加，增益减少