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文檔簡(jiǎn)介
1、副掛在旨倍1.患|科|學(xué)淺談寬帶EDFA的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)黃笛陳新橋(中國(guó)傳媒大學(xué),北京1創(chuàng)剛)()摘要z描述了實(shí)現(xiàn)寬帶EDFA的結(jié)構(gòu),總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外報(bào)道的幾種寬帶放大器的結(jié)構(gòu),并比較了其優(yōu)缺點(diǎn),最后對(duì)未來(lái)的寬帶EDFA的發(fā)展做了總結(jié)和展望。關(guān)鍵詡z寬帶摻#耳光纖放大喜(EDFA)串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)1概述摻餌光纖特殊的三能級(jí)系統(tǒng)決定了它能夠放大的波長(zhǎng)范圍是一組從15【陸皿到16∞m左右的波長(zhǎng)。特別在光纖的低損耗窗口155伽m處,顏帶寬度為2制
2、伽固。早前學(xué)者們利用EDF的這一優(yōu)勢(shì)研制了C波段的光纖放大器,隨著技術(shù)的不斷成熟,該波段放大器已經(jīng)投入商用,在此基礎(chǔ)上,L被段的放大也已實(shí)現(xiàn)間。將C波段的傳輸系統(tǒng)升級(jí)為CL波段的寬帶傳輸系統(tǒng)在目前的技術(shù)水平下就不失為一個(gè)最直接有效、最經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)光纖帶寬資源的方法。目前,CL波段的寬帶的EDFA按照連接方式不同分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。串聯(lián)型結(jié)構(gòu)靈活效率高,而并聯(lián)型可以防止串聯(lián)型中C波段和L被段信號(hào)之間的互相影響。綜述了以上兩種寬帶放大器的
3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),介紹兒種典型的實(shí)施方案并加以比較,最后介紹其發(fā)展趨勢(shì)。2寬帶EDFA各結(jié)構(gòu)的研究2.1L波段信號(hào)放大的基本原理。研究表明餌,若使用C...:波段EDFA放大信號(hào),在要獲得相同增益的情況下,L.段信號(hào)所需餌纖長(zhǎng)度是C被段信號(hào)的5倍左右。而用b波段EDFA,要想獲得相同增益,L波段信號(hào)餌纖長(zhǎng)度使用量大大減少。因此,只要合理的組合兩波段EDFA,就能實(shí)現(xiàn)高增益,低的餌纖損耗的寬帶EDFA。所以,寬帶EDFA的實(shí)現(xiàn),關(guān)鍵是L波段EDF
4、A的實(shí)現(xiàn)。目前研究最多的就是增益移位摻餌光纖放大器,它是目前最成熟和最接近商用的。增益移位修餌光纖利用的是餌纖培益帶尾部,由于遠(yuǎn)離餌纖的發(fā)射峰,通常所需的激勵(lì)光纖較長(zhǎng),這就導(dǎo)致了噪聲系數(shù)的增大。所以,當(dāng)前L披段放大的研究重點(diǎn)就集中在如何減小激勵(lì)光纖的長(zhǎng)度,并使信號(hào)具有高的增益和小的噪聲系數(shù)。高摻雜、低損耗餌光纖的出現(xiàn)便能夠解決這些問(wèn)題。這些高摻雜的餌纖具有高的吸收濃度,減少了鋼纖的使用量,并提高了精益和泵浦轉(zhuǎn)換效率,同時(shí)降低了噪聲系數(shù),
5、這為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的」波段放大器提供了捷徑。此外,除了148伽皿和98伽m泵浦源之外,也有研究采用了其他的泵浦源實(shí)現(xiàn)了L波段信號(hào)的放大。因?yàn)轲D離子的吸收峰處在1530nm附近,如果使用該波段信號(hào)作為泵浦源可獲得更高的泵濾效率。如使用與L波段EDFA串聯(lián)的153侃m波段作為泵浦源,研究者發(fā)現(xiàn)在1545nm波段處獲得了O.45dh1mW的增益效率,這是是使用傳統(tǒng)1480n皿波長(zhǎng)泵浦的兩倍,并且采取此方法b波段的功率損耗低。缺點(diǎn)是噪聲系數(shù)相對(duì)
6、較高,達(dá)到6.36cJb14另外,C波段的ASE也可作思想的泵浦源,這不僅增加了培益還提高了功率轉(zhuǎn)換效率。在光纖中注入短波長(zhǎng)的種子(seed),在傳輸中短波長(zhǎng)泵浦光能量向長(zhǎng)波長(zhǎng)能量轉(zhuǎn)化,繼而成為b波段EDFA的泵浦源田。22串聯(lián)EDFA的基本原理。L波段研究的逐漸成熟促進(jìn)了寬帶放大器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。它的實(shí)現(xiàn)最直接可行的方法就是將這兩種波段的放大器聯(lián)合使用,于是出現(xiàn)了串、并聯(lián)的寬帶放大器。串聯(lián)CL波段的EDFA的基本結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最基本的串聯(lián)
7、寬帶EDFA的結(jié)構(gòu)。雖然與前級(jí)C波段信號(hào)串聯(lián)會(huì)引入A鈕,后者消耗了很大部分的高能級(jí)粒子數(shù),使得輸入瑞的反轉(zhuǎn)度降低,噪聲系數(shù)不理想,但是在兩極之間加入隔離器后,后向的反向ASE就無(wú)法進(jìn)入前級(jí),從而保證了作為輸入端的前級(jí)可以保持較高的反轉(zhuǎn)粒子數(shù),從而具有較高的噪聲特性,此問(wèn)題便能夠得到解決。因此級(jí)聯(lián)放大器可以在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)具有良好的噪聲特性。悅Yamada等人咕仿真中便是使用這種結(jié)構(gòu),在第一級(jí)用98侃皿前向泵浦放大C波段信號(hào),第二級(jí)則用
8、14腦m激光器雙向泵浦放大,這樣可以減少噪聲并提高輸出功率,最終得到兩個(gè)波段的連續(xù)平坦增益帶寬66nm,平均信號(hào)增益17db,增益起伏小于3db,噪聲系數(shù)小于5db。L波段信號(hào)的放大,也可利用轉(zhuǎn)化為ASE噪聲的98α1480nm的那部分功率,即后向傳輸?shù)腁SE功率作為泵浦源,也就是所謂的ASE泵浦。利用前文提到的ASE泵捕,BumkiMin等人哺將C波段的反向ASE通過(guò)環(huán)形器引出并注入到b波段EDF中,不僅提高了L波段增益,同時(shí)也使噪聲
9、系數(shù)減小。ASE泵浦方式不僅使得寬帶放大器的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單,且在小信號(hào)增益的情況下.PCE(功率轉(zhuǎn)換效率)接近1∞%.噪聲指數(shù)小于4db。在普通的串聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,也有學(xué)者提出了混合三級(jí)C加L波段光纖放大器固。它采用兩個(gè)EDFA(分別作為一、三級(jí))和一個(gè)半導(dǎo)體光放大器(SOA),實(shí)現(xiàn)了工作范圍在154016階m(仙lffi)的光放大。SOA使得第三級(jí)的EDFA的增益帶寬延伸到L波段,但同時(shí)會(huì)引入較大的噪聲因數(shù)。此外,與傳統(tǒng)的C加L波段EDF
10、A相比,使用這種混合結(jié)構(gòu)的寬帶光纖放大器可以減少使用的EDF的總長(zhǎng)。2.3并聯(lián)EDFA的基本原理。與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比,并聯(lián)結(jié)構(gòu)最突出的優(yōu)勢(shì)就是CL波段的放大不相互影響,只要改進(jìn)各自放大的性能就能使系統(tǒng)優(yōu)化。它也是由M.Yamada提出的并聯(lián)結(jié)構(gòu)陰.C波段和」波段信號(hào)都實(shí)現(xiàn)增益平坦,該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子結(jié)構(gòu)均由串聯(lián)的EDFA組成,目的是為獲得低噪聲和平坦放大。C波段和L波段的增益分別達(dá)到34db和4創(chuàng)b。并聯(lián)結(jié)構(gòu)也可以采用后向ASE泵浦。上半部
11、分用來(lái)放大C波段信號(hào),并通過(guò)環(huán)行器將C波段后向ASE經(jīng)過(guò)APC(光纖連接器)作為L(zhǎng)波段信號(hào)的泵浦,也能獲得高增益和低噪聲。此4?外,使用由聲光可調(diào)濾波器構(gòu)成增益均衡糯達(dá)到低噪聲、在整個(gè)波段內(nèi)增益均衡的目的。進(jìn)一步從降低噪聲的角度考慮,可以在困所示的并聯(lián)式放大器前加入一個(gè)預(yù)放級(jí)。輸入倍號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲的預(yù)放后再進(jìn)行分離,由于預(yù)放級(jí)的存在,有效地減小了整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和精合器件性能對(duì)系統(tǒng)噪聲的影響。顯然這種布局是利用EDFA組合法實(shí)現(xiàn)寬帶放大
12、的有效方案之參考文獻(xiàn)[1]CHUNGH.s.LEEM.s.LEED.PARK.,鼠,DIGIOVANNIDJ.:Lowno時(shí),bighefficiencyL擊時(shí)EDFAwi由980nm陽(yáng)呻暉,Eleclron.Lett199935(13)pp.1099Uoo.[2]ONO,瓦,YAMADA,鼠,0皿sm,Y.:Gainf1attenedEr如何時(shí)fiber皿plifierfaWDM咱國(guó)1inthe1.57Lωpnwavd四抽region
13、IEEEPhotoniωT回bnOl.I烈t,I997,9:596598.[3]費(fèi)海峰等,L波段EDFA特I性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].量子電子學(xué)報(bào),2∞8,25(1):9598.[4]BoHunChoi,HyoH回nPrketaI.皿gbGainCoefficientLo鳴Wavelen阱BErbiumDopedFiberA呻,lifierUsing1530唱皿BPump.IEEEPHOTONICS四:Cl副O(jiān)LOGYLEITERS200
14、113(2):109111.[5]HuaiWeiZhiTong,他兇sbengJianlmpro刊mentinpenmanceofL也Claddingpumped伽rAm抖ifiersProc.ofSPIEV01.ω19.陰肌Yamada.H.Ono皿dY.OhishiGainflattenedbroadbEr3叫φeds出咽fibre酣plifi回wi也lownoi盹chamcteristi,田,E皿bTRONICSLEITERS3r
15、dse阱曲er199834(8):17471748.問(wèn)BumkiM尬,HosUJ喀Y回n,WonJ,回Lee,NamkyooPrk“Coupleds恤cturewidebEDFA明白gain田tdnoisefigI1reimprovementsfromCωLhASE聞目也圃,“IEEE.Photon.Technol.Lett2創(chuàng)脅,12(5):錦0482.[8]ChienHungYehKuoHsiangLaiet叢且ybrid由回幽靜C
16、pl皿Lbopti倒1fiberamplifierin咀盹adeconf耶118tion,OpticalEnginee由tg,2∞5,44(5).[9]M.Ya皿ada,H.Onoetal..Broa他田tdgainflattenedamp出自由mp:陽(yáng)對(duì)ofa1.55pmba1.58p.mbEr3斗。pedfwreamplifierinaparallelconfi伊皿.tion,ELECTRONICSLEITE邸,1997,33(8)
17、:710711.作者簡(jiǎn)介:黃笛(1984斗,女,廣西人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)閾金D光纖放大霉。陳新橋(1965斗,男,湖北人,研究員,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)楣饫w通信。副掛在旨倍1.患|科|學(xué)淺談寬帶EDFA的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)黃笛陳新橋(中國(guó)傳媒大學(xué),北京1創(chuàng)剛)()摘要z描述了實(shí)現(xiàn)寬帶EDFA的結(jié)構(gòu),總結(jié)了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外報(bào)道的幾種寬帶放大器的結(jié)構(gòu),并比較了其優(yōu)缺點(diǎn),最后對(duì)未來(lái)的寬帶EDFA的發(fā)展做了總結(jié)和展望。關(guān)鍵詡z寬帶摻#耳光纖放大喜
18、(EDFA)串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)結(jié)構(gòu)1概述摻餌光纖特殊的三能級(jí)系統(tǒng)決定了它能夠放大的波長(zhǎng)范圍是一組從15【陸皿到16∞m左右的波長(zhǎng)。特別在光纖的低損耗窗口155伽m處,顏帶寬度為2制伽固。早前學(xué)者們利用EDF的這一優(yōu)勢(shì)研制了C波段的光纖放大器,隨著技術(shù)的不斷成熟,該波段放大器已經(jīng)投入商用,在此基礎(chǔ)上,L被段的放大也已實(shí)現(xiàn)間。將C波段的傳輸系統(tǒng)升級(jí)為CL波段的寬帶傳輸系統(tǒng)在目前的技術(shù)水平下就不失為一個(gè)最直接有效、最經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)光纖帶寬資源的方法。目
19、前,CL波段的寬帶的EDFA按照連接方式不同分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。串聯(lián)型結(jié)構(gòu)靈活效率高,而并聯(lián)型可以防止串聯(lián)型中C波段和L被段信號(hào)之間的互相影響。綜述了以上兩種寬帶放大器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),介紹兒種典型的實(shí)施方案并加以比較,最后介紹其發(fā)展趨勢(shì)。2寬帶EDFA各結(jié)構(gòu)的研究2.1L波段信號(hào)放大的基本原理。研究表明餌,若使用C...:波段EDFA放大信號(hào),在要獲得相同增益的情況下,L.段信號(hào)所需餌纖長(zhǎng)度是C被段信號(hào)的5倍左右。而用b波段EDFA,要
20、想獲得相同增益,L波段信號(hào)餌纖長(zhǎng)度使用量大大減少。因此,只要合理的組合兩波段EDFA,就能實(shí)現(xiàn)高增益,低的餌纖損耗的寬帶EDFA。所以,寬帶EDFA的實(shí)現(xiàn),關(guān)鍵是L波段EDFA的實(shí)現(xiàn)。目前研究最多的就是增益移位摻餌光纖放大器,它是目前最成熟和最接近商用的。增益移位修餌光纖利用的是餌纖培益帶尾部,由于遠(yuǎn)離餌纖的發(fā)射峰,通常所需的激勵(lì)光纖較長(zhǎng),這就導(dǎo)致了噪聲系數(shù)的增大。所以,當(dāng)前L披段放大的研究重點(diǎn)就集中在如何減小激勵(lì)光纖的長(zhǎng)度,并使信號(hào)具
21、有高的增益和小的噪聲系數(shù)。高摻雜、低損耗餌光纖的出現(xiàn)便能夠解決這些問(wèn)題。這些高摻雜的餌纖具有高的吸收濃度,減少了鋼纖的使用量,并提高了精益和泵浦轉(zhuǎn)換效率,同時(shí)降低了噪聲系數(shù),這為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的」波段放大器提供了捷徑。此外,除了148伽皿和98伽m泵浦源之外,也有研究采用了其他的泵浦源實(shí)現(xiàn)了L波段信號(hào)的放大。因?yàn)轲D離子的吸收峰處在1530nm附近,如果使用該波段信號(hào)作為泵浦源可獲得更高的泵濾效率。如使用與L波段EDFA串聯(lián)的153侃m波
22、段作為泵浦源,研究者發(fā)現(xiàn)在1545nm波段處獲得了O.45dh1mW的增益效率,這是是使用傳統(tǒng)1480n皿波長(zhǎng)泵浦的兩倍,并且采取此方法b波段的功率損耗低。缺點(diǎn)是噪聲系數(shù)相對(duì)較高,達(dá)到6.36cJb14另外,C波段的ASE也可作思想的泵浦源,這不僅增加了培益還提高了功率轉(zhuǎn)換效率。在光纖中注入短波長(zhǎng)的種子(seed),在傳輸中短波長(zhǎng)泵浦光能量向長(zhǎng)波長(zhǎng)能量轉(zhuǎn)化,繼而成為b波段EDFA的泵浦源田。22串聯(lián)EDFA的基本原理。L波段研究的逐漸成
23、熟促進(jìn)了寬帶放大器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。它的實(shí)現(xiàn)最直接可行的方法就是將這兩種波段的放大器聯(lián)合使用,于是出現(xiàn)了串、并聯(lián)的寬帶放大器。串聯(lián)CL波段的EDFA的基本結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最基本的串聯(lián)寬帶EDFA的結(jié)構(gòu)。雖然與前級(jí)C波段信號(hào)串聯(lián)會(huì)引入A鈕,后者消耗了很大部分的高能級(jí)粒子數(shù),使得輸入瑞的反轉(zhuǎn)度降低,噪聲系數(shù)不理想,但是在兩極之間加入隔離器后,后向的反向ASE就無(wú)法進(jìn)入前級(jí),從而保證了作為輸入端的前級(jí)可以保持較高的反轉(zhuǎn)粒子數(shù),從而具有較高的噪聲特性,
24、此問(wèn)題便能夠得到解決。因此級(jí)聯(lián)放大器可以在實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)具有良好的噪聲特性。悅Yamada等人咕仿真中便是使用這種結(jié)構(gòu),在第一級(jí)用98侃皿前向泵浦放大C波段信號(hào),第二級(jí)則用14腦m激光器雙向泵浦放大,這樣可以減少噪聲并提高輸出功率,最終得到兩個(gè)波段的連續(xù)平坦增益帶寬66nm,平均信號(hào)增益17db,增益起伏小于3db,噪聲系數(shù)小于5db。L波段信號(hào)的放大,也可利用轉(zhuǎn)化為ASE噪聲的98α1480nm的那部分功率,即后向傳輸?shù)腁SE功率作
25、為泵浦源,也就是所謂的ASE泵浦。利用前文提到的ASE泵捕,BumkiMin等人哺將C波段的反向ASE通過(guò)環(huán)形器引出并注入到b波段EDF中,不僅提高了L波段增益,同時(shí)也使噪聲系數(shù)減小。ASE泵浦方式不僅使得寬帶放大器的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單,且在小信號(hào)增益的情況下.PCE(功率轉(zhuǎn)換效率)接近1∞%.噪聲指數(shù)小于4db。在普通的串聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,也有學(xué)者提出了混合三級(jí)C加L波段光纖放大器固。它采用兩個(gè)EDFA(分別作為一、三級(jí))和一個(gè)半導(dǎo)體光放大器(
26、SOA),實(shí)現(xiàn)了工作范圍在154016階m(仙lffi)的光放大。SOA使得第三級(jí)的EDFA的增益帶寬延伸到L波段,但同時(shí)會(huì)引入較大的噪聲因數(shù)。此外,與傳統(tǒng)的C加L波段EDFA相比,使用這種混合結(jié)構(gòu)的寬帶光纖放大器可以減少使用的EDF的總長(zhǎng)。2.3并聯(lián)EDFA的基本原理。與串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比,并聯(lián)結(jié)構(gòu)最突出的優(yōu)勢(shì)就是CL波段的放大不相互影響,只要改進(jìn)各自放大的性能就能使系統(tǒng)優(yōu)化。它也是由M.Yamada提出的并聯(lián)結(jié)構(gòu)陰.C波段和」波段信號(hào)都實(shí)
27、現(xiàn)增益平坦,該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子結(jié)構(gòu)均由串聯(lián)的EDFA組成,目的是為獲得低噪聲和平坦放大。C波段和L波段的增益分別達(dá)到34db和4創(chuàng)b。并聯(lián)結(jié)構(gòu)也可以采用后向ASE泵浦。上半部分用來(lái)放大C波段信號(hào),并通過(guò)環(huán)行器將C波段后向ASE經(jīng)過(guò)APC(光纖連接器)作為L(zhǎng)波段信號(hào)的泵浦,也能獲得高增益和低噪聲。此4?外,使用由聲光可調(diào)濾波器構(gòu)成增益均衡糯達(dá)到低噪聲、在整個(gè)波段內(nèi)增益均衡的目的。進(jìn)一步從降低噪聲的角度考慮,可以在困所示的并聯(lián)式放大器前加入
28、一個(gè)預(yù)放級(jí)。輸入倍號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲的預(yù)放后再進(jìn)行分離,由于預(yù)放級(jí)的存在,有效地減小了整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和精合器件性能對(duì)系統(tǒng)噪聲的影響。顯然這種布局是利用EDFA組合法實(shí)現(xiàn)寬帶放大的有效方案之參考文獻(xiàn)[1]CHUNGH.s.LEEM.s.LEED.PARK.,鼠,DIGIOVANNIDJ.:Lowno時(shí),bighefficiencyL擊時(shí)EDFAwi由980nm陽(yáng)呻暉,Eleclron.Lett199935(13)pp.1099Uoo.[2]
29、ONO,瓦,YAMADA,鼠,0皿sm,Y.:Gainf1attenedEr如何時(shí)fiber皿plifierfaWDM咱國(guó)1inthe1.57Lωpnwavd四抽regionIEEEPhotoniωT回bnOl.I烈t,I997,9:596598.[3]費(fèi)海峰等,L波段EDFA特I性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].量子電子學(xué)報(bào),2∞8,25(1):9598.[4]BoHunChoi,HyoH回nPrketaI.皿gbGainCoefficient
30、Lo鳴Wavelen阱BErbiumDopedFiberA呻,lifierUsing1530唱皿BPump.IEEEPHOTONICS四:Cl副O(jiān)LOGYLEITERS200113(2):109111.[5]HuaiWeiZhiTong,他兇sbengJianlmpro刊mentinpenmanceofL也Claddingpumped伽rAm抖ifiersProc.ofSPIEV01.ω19.陰肌Yamada.H.Ono皿dY.Ohis
31、hiGainflattenedbroadbEr3叫φeds出咽fibre酣plifi回wi也lownoi盹chamcteristi,田,E皿bTRONICSLEITERS3rdse阱曲er199834(8):17471748.問(wèn)BumkiM尬,HosUJ喀Y回n,WonJ,回Lee,NamkyooPrk“Coupleds恤cturewidebEDFA明白gain田tdnoisefigI1reimprovementsfromCωLhASE
32、聞目也圃,“IEEE.Photon.Technol.Lett2創(chuàng)脅,12(5):錦0482.[8]ChienHungYehKuoHsiangLaiet叢且ybrid由回幽靜Cpl皿Lbopti倒1fiberamplifierin咀盹adeconf耶118tion,OpticalEnginee由tg,2∞5,44(5).[9]M.Ya皿ada,H.Onoetal..Broa他田tdgainflattenedamp出自由mp:陽(yáng)對(duì)ofa1.
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