論edfa和其在catv系統(tǒng)中應(yīng)用

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1、論EDFA和其在CATV系統(tǒng)中應(yīng)用人類在研究無線電波的短波長通訊時(shí),發(fā)現(xiàn)了'‘電子運(yùn)動需要借助于原子中被束縛的電子進(jìn)行能級躍遷一一激光”。激光技術(shù)把無線電電子學(xué)的一些現(xiàn)象(特別是非線性現(xiàn)象)引入到光波范圍(如:差頻、混頻、和頻),加之激光所能達(dá)到的發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通光,其成億萬數(shù)量級的差別,產(chǎn)生了許多新的技術(shù)現(xiàn)象。在當(dāng)今CATV系統(tǒng)的光纖及光通訊傳輸領(lǐng)域中,激光技術(shù)展示出前所未有和不可代替的技術(shù)成就。用光纖來傳輸光信號,其損耗是限制光纖通信距離的主要原因之一。在CATV系統(tǒng)的光通訊傳輸領(lǐng)域中,光放大器的應(yīng)用,避免了光-電-光的轉(zhuǎn)換,配以外調(diào)制光發(fā)射機(jī),傳輸距離可超過lOOkmo

2、若用光放大器級連放大,傳送距離還可更遠(yuǎn)。至今為止,人類成功研制的光放大器主要有喇曼光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器、PDFA(摻錯(cuò)光纖放大器)、EDFA(Erbium-DopedAmplifier:摻鉤光纖放大器)四種。目前,在CATV系統(tǒng)中常采用PDFA和EDFA兩種放大器(見表一),喇曼光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器,由于有些性能不能滿足CATV系統(tǒng)的光纖及光通訊傳輸要求,故不應(yīng)用。EDFA是光纖傳輸技術(shù)近十年來最突出的成就之一,是激光通信技術(shù)和光纖制造技術(shù)巧妙結(jié)合的產(chǎn)物,在CATV系統(tǒng)的光纖和光通訊領(lǐng)域中得到了迅速而廣泛的應(yīng)用。如今,EDFA完全替換了PDFA,成為光纖傳輸系統(tǒng)的主要器

3、件。EDFA噪聲和失真特性也都較好,其優(yōu)越特性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1、EDFA的工作波段為1550nm(lnm折合125GHz),與光纖的最低損耗波段一致,因而可以傳輸更長的距離。2、EDFA有較高的飽和輸出功率,又可作為發(fā)射機(jī)之后的光功率放大器,以延長無中繼傳輸距離和用作全光連續(xù)中繼鏈路,分配更多的光節(jié)點(diǎn)數(shù)。3、EDFA信號增益頻譜很寬,達(dá)30nin以上,可用于寬帶信號放大,尤其適用于WDM(波分復(fù)用)系統(tǒng),是廣播、通訊、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)中理想的放大器件。4、EDFA的噪聲特性好,典型的EDFA相對功率噪聲Pump為EDFA提供足夠的能量,使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,從而實(shí)現(xiàn)放大作用

4、。我們可以將泵浦光源類比看成電信號放大器中的電源。目前,用于EDFA中的泵浦光源多為LD(LaserDiode:激光二極管或半導(dǎo)體激光器),LD具有體積小、效率高、性能穩(wěn)定、壽命長等特點(diǎn)。更大功率的泵浦可采用LD泵浦YAG(YttriumAluminiumGarnet:牢乙鋁石榴石激光器)晶體產(chǎn)生大功率固體激光。根據(jù)Er3+的能級泵浦源波長有多種,如820nm.980nm.1480nm等。在實(shí)際中EDFA用得較多的是980nm和1480nm泵浦光源。根據(jù)泵浦光源與輸入信號光的相對位置的不同,EDFA的結(jié)構(gòu)可分為三種方式,如圖3所示。圖中(a)為前向泵浦型,(b)為后向泵浦型,(c)

5、為雙向泵浦型。前向泵浦是信號光與泵浦光從EDF的輸入端輸入。后向泵浦方式是信號光與泵浦光從EDF的不同方向輸入。雙向泵浦方式是采用兩個(gè)泵浦分別從EDF的頭尾兩個(gè)方向輸入。從功率性能上講,后向泵浦方式和雙向泵浦方式的EDFA輸出信號光功率大于前向泵浦方式的EDFAo從噪聲角度來講,前向泵浦方式和雙向泵浦方式的EDFA性能,優(yōu)于后向泵浦方式的EDFAo所以,從總體性能上來看,雙向泵浦方式的EDFA性能最好。但由于采用兩支泵浦光源,結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,價(jià)格也較高。在具體的工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來選定。合波器(波分復(fù)用)的作用是將信號和泵浦光合路送入EDFA的EDF中,要求它在信號光和泵浦光

6、波長處的插入損耗都很小,并對光的偏振不敏感。光隔離器對光的傳輸具有單向性。對正向傳輸來的光損耗很小,而以很大的損耗抑制反射光,對反射光的抑制一般大于40dB,從而使EDFA不受反射光的影響,以保證EDFA能工作的穩(wěn)定。一般EDFA中的光隔離器有兩只,分別安置在信號光的輸入端和EDF的輸出端。光濾波器位于EDFA的輸出端,其作用是濾除EDFA中的噪聲,以提高系統(tǒng)的S/N(SignaltoNoiseRatio:信噪比)。輔助電路部分的CPU微處理器,主要用于監(jiān)測EDFA中泵浦激光器的工作狀態(tài),監(jiān)測輸入、輸出光信號的強(qiáng)度,以便調(diào)整其工作參數(shù),使EDFA處于最佳工作狀態(tài)。同時(shí),還具有自動溫

7、度控制和自動功率控制等保護(hù)功能。還可以通過網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和對EDFA的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。EDFA的主要技術(shù)參數(shù)EDFA的主要技術(shù)參數(shù)包括增益G、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)NF和非線性失真。1、增益G增益G是描述EDFA對信號光放大能力的參數(shù),其定義為:G=10lg(Ps,out4-Ps,in)式中,Ps,in和Ps,out分別表示輸入和輸出信號光功率。增益G通常為15?40dBo實(shí)際工程應(yīng)用的EDFA,其增益一般大于lOdBo增益G與EDFA的泵浦強(qiáng)度、輸

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