对几类放大器的认识
在DWDM系统中,特别是超远距离的传输中,由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减,所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器(EDFA),拉曼放大器(FRA),半导体激光放大器(SOA),光纤参量放大器(OPA)。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。
1)掺铒光纤放大器(EDFA)
EDFA(Erbiur Doped Fiber Amplifer)是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为1550nm,与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟,所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件,它以石英光纤作基质材料,并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子(Er3+)。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时,Er3+从低能级被激发到高能级,由于Er3+在高能级上寿命很短,很快以非辐射跃迁形式到较高能级上,并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量,所以只能发生1550nm光的受激辐射,也只能放大1550nm的光信号。
EDFA的组成:
工作原理图:
那么,EDFA的输出公路车是如何控制的呢?
一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度,铒纤的长度以及泵浦光的强度。
在EDFA使用的过程中,一般要控制好EDFA的平坦增益,那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢?
平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。
如何控制增益?增益的控制室有2种选择的,一种是掺金属元素,另外一种是GFF定制,所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。
soa有上图可以知道,掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。
需要注意的是:EDFA在放大信号的同时也放大了噪声,而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射,是主要的噪声源,也是系统OSNR劣化的主要原因。
放大器产生的自发辐射噪声功率为:PASE = -58 + NF + G (dBm)
其中NF为光放大器噪声系数(dB) 、G为光放大器的增益(dB)
除了放大功率之外,还有几个量也是EDFA中比较重要的,了解他们,有助于在EDFA故障中的维护定位:
作电流:也称作偏置电流,其决定着放大板的输出光功率。正常情况下,单板的输出功率不变,工作电流应该维护在一个相对稳定的状态。
制冷电流:制冷电流对应着制冷电路的调节。在放大板上制冷电流对应泵浦激光器的温度,随激光器温度的变化而变化。注意正负号的意义(负值表示加热)。
背光电流:背光电流是放大板的一个性能值,对应于功率检测,通过背光电流的大小可以知道激光器输出功率的大小。一般情况下我们是通过查看背光电流来判断泵浦激光器的好坏。
2)拉曼放大器(FRA)
工作原理:简单的说就是如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内,弱信号光即可得到放大,这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。
拉曼放大器有三大特点:
其增益波长由泵浦光波长决定,只要泵浦源的波长适当,理论上可得到任意波长的信号放大 。
其增益介质为传输光纤本身;这使拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大,构成分布式放大,实现长距离的无中继传输和远程泵浦 。
噪声指数低,这使其与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数,增加传输跨距。
拉曼放大器的应用实际上是利用了光纤的非线性效益中的SRS,受激拉曼散射,入射光子的能量转移到低频率的光子上,频率下降13.2THZ,当一个频率为f1的光子入射到光纤中,
当它的功率足够强,以至发生SRS效应时,它会将自身的能量转移到频率为 f1-13.2THz 的光子上,而自身以分子振动的形式消亡。
SRS需要很强的光才能激发,所以拉曼放大器功率都很强而且很危险。
FRA的增益曲线:
FRA放大是在普通光纤中,且没有波段的限制。理论上任何波长都可以放大。
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