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1、掺铒光纤放大器在光纤有线电视网络中的应用武汉有线广播电视网络有限公司高见韩高鹏一.概述我国CATV网络基本上是采用G.652光纤加同轴电缆（HFC）的方式进行建设的。但在EDFA没有商用化以前，光纤部分一直使用色散小、衰耗大但技术成熟早的1310nm系统,在现有发射光功率(<15mW)条件下,要确保传输指标，系统有35km的传输距离限制。因此，使得CATV在稍大范围内长距离传输、集中分配光信号、建立可靠的自愈主干网无法实现。目前，EDFA在1550nm波长窗口已经商用，它实现了直接光放大，无需转换成电信号，并且具有输出
2、功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统信号类型无关等特点，使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题，为CATV网络在当前的升级改造过程中实现大范围长距离传输、集中分配光信号、建立可靠的自愈主干网、促使CATV网络从光纤同轴电缆网向光缆网转变提供了新的手段。二.EDFA基本特性参数1.增益和输出光功率EDFA的增益G定义为输出光功率和输入光功率之比即:G=10lg(P0/Pi)(dB)饱和输出光功率Psat是指由最大增益下降3dB时对应的输出功率，表示EDFA从线性增益区变化到非线性增益区的转折点
3、，当输出功率高于Psat时，增益随输出光功率的增大而减小。对于给定的EDFA,其增益与输入光的强度、泵浦光功率及掺铒光纤长度都有关系。小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。当输入光弱时，高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的供应，因而，感应辐射就能维持达到相当的程度。当输入光变强时，由于高能位的电子供应不充分，感应辐射光的增加变少，于是就出现饱和。泵浦光功率越大，掺铒光纤越长，3dB饱和输出功率也就越大。2.噪声系数FEDFA的噪声系数定义为F=(SNR)in/(SNR)out，这里SNR指的是将输入光信
4、号转变为输出电信号时的信噪比，是衡量EDFA内部噪声大小的量。EDFA的噪声包括四项：信号光的散弹噪声，自发辐射的散弹噪声，信号光与自发辐射的拍频噪声，自发辐射之间的拍频噪声。当输出功率小于-20dBm时自发辐射之间的拍频噪声是主要的,这相当于前置放大器应用的情况,可用窄带光滤波器来降低。当输出功率大于-20dBm时，在EDFA中起主要作用的是信号光与自发辐射之间的差拍噪声(ASE噪声)，并与信号功率成正比。EDFA噪声系数可用下式表示：F=[1+PASE/hυΔυ]/G式中,G为EDFA增益，hυ为光子能量，Δυ为光
5、谱频宽，Pase为被放大了的自发辐射功率，可按下式计算：PASE=+2nASE(G—1)hυ(Δυ)式中,nASE为自发辐射因子,对理想EDFA,nASE=1,实际的EDFA,nASE>1，于是有：F=2nASE[1—（1/G）]所以,对于理想放大器的F=2(即3dB)。对于40mW以下的输出光功率，EDFA的F≤4dB；当输出光功率达到80mW时，EDFA的F≤-7-4.5dB；实际EDFA的F一般都在4.5dB，并随输入光功率变化。通常存在一个最佳输入光功率，使EDFA的F最小。1.非线性特性EDFA应用于光纤AM
6、-VSBCATV系统产生的非线性失真包括两部分。一是有频率啁啾的调幅光波信号通过EDFA时，由于其增益谱的不平坦性，频率啁啾转换成额外的强度调制。二是输入光源光功率随调制电流变化产生的非线性成分在EDFA中会得到放大，但在CATV频段内它与调制频率无关。这二部分失真在光纤AMCATV系统中按矢量和的方式累积，而不按噪声的平方和方式累积,在一定条件下有可能相互抵消，因此,一般此项很小可忽略。这就使EDFA应用于光纤CATV系统中时有可能使原系统中非线性失真有所改善，增大光功率裕量。一.EDFA对系统性能的影响1.对系统噪
7、声的影响光纤传输系统的噪声主要来源于：光发射机的相对强度噪声、EDFA中信号光与自发辐射之间的差拍噪声、光接收机的散弹噪声和热噪声。系统未加EDFA时的载噪比可表示为:1/(CNR)1=1/(CNR)RIN+1/(CNR)short+1/(CNR)th式中(CNR)RIN,(CNR)short,(CNR)th分别为激光器相对强度噪声,光检测器散粒噪声和接收机前放热噪声决定的载噪比。当系统中加入EDFA之后，EDFA内部噪声决定的在光接收机输出端的载噪比为:(C/N)EDFA=m2Pi/4hυBF式中m为光调制度,Pi为
8、EDFA输出光功率，hυ为光子能量,F为EDFA噪声系数。于是，在有EDFA的光纤CATV系统中，总的载噪比为:1/(CNR)TOTAL=1/(CNR)1+1/(CNR)EDFA将该式作简单变换后,可以写成如下形式:1/(CNR)TOTAL=(CNR)1/[1+(CNR)1/(CNR)EDFA]即:EDFA的加入,使系统的载噪比劣
