掺饵光纤放大器的开发与应用
2019-11-03 18:07:05
供稿：网友
掺饵光纤放大器的开发与应用<1>（王涛） 1技术背景 在掺饵光纤放大器（以下简称EDFA，即Erbium－DoPedFiber Amplifier的缩写）实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换为电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成强度放大的光信号再进行传输。随着传输码率的提高，“再生”的难度也越来越大，成为信息传输容量扩大的“瓶颈”。2 EDFA的应用领域 EDFA虽然问世时间不长，但目前的应用己相当广泛，主要的应用领域有以下三个。 （1）数字通信 数字通信正朝宽带化、大容量发展。EDFA的出现大大提高光传输系统的无中继距离。仅使用一台功率放大器时，系统无中继距离可以从50～80km提高到150～180km。这是目前同步数字系列（SDH）系统中使用最普遍一种方式。若在接收端再增加一台前置放大器，系统无中继距离可提高到200km以上。如果再引入线路放大器，系统的传输距离可达上千公里（色散不受限情况下）。 （2）光纤有线电视（CATV）系统 随着光纤CATV系统的规模不断扩大，链路的传输距离不断增加，1550nm系统因其在光纤中的损耗较小而逐渐成为主流。EDFA在1550nm光纤CATV系统中的应用简化了其系统结构，降低了系统成本，加快了光纤CATV的发展。 将EDFA用在CATV光发射机后及链路中，可以提高光功率、弥补链路损耗、补偿光功率分配带来的功率损失。使用性能良好的EDFA可将模拟CATV系统的链路长度扩展到接近200km， EDFA级联数目达到4级，使众多用户共用一个前端和发射机，大大降低系统运营成本。 （3）密集波分复用（DWDM）系统 密集波分复用系统在干线传输系统中逐渐成为技术主流。作为 DWDM系统的核心器件之一，EDFA在其中的应用将迅速发展。由于EDFA有足够的增益带宽，用在DWDM系统可使光中继变得十分简单。一个典型的DWDM系统，功率放大器（BA）在WDM复用器之后提升光发射输出光功率，线路放大器（LA）补偿链路损耗，前置放大器（PA）在WDM解复用器之前将光功率提升到合适的功率范围。 3对课题的研究及问题的解决 虽然 EDFA技术在短短几年间得到了迅速的发展，但在实际应用中，仍然存在许多问题。这里，我们主要就其监控及增益的平坦性问题予以讨论，并提出我们的解决办法以待商榷。 （1）基于泵浦源调制的监控技术 研究表明，EDFA的增益对100kHz以上的高频调制不敏感，而频率低于1kHz时经调制的EDFA输出信号产生失真。因而基于泵浦源调制的监控技术有两种不同的方案：一种是利用1～100kHz频段的 EDFA增益调制特性，将监控（SV）信号对泵浦光进行调制，即经调制光放大器增益将监控信号叠加在主信号上传输至接收端；另一方案是利用100kHz以上的调制不敏感性，即泵浦光的调制对主信号传输不产生明显影响的特点，在泵浦源调制后，利用波分复用（WDM）技术使加有小信号调制的泵浦光和信号光同时在光纤中传输。 ①EDFA增益调制法 监控信号的副载波调制有幅度调制、频率调制等不同的方式。幅度调制方式相对来说比较经济，但为了不影响主信号的接收灵敏度，调制深度需足够小，而且不适合于中继器带自动功率控制（APC）电路的情况。 ②泵浦源调制＋WDM法 掺饵光纤中饵离子具有长荧光寿命的特性保证EDFA的增益不受泵浦功率快变分量的变化而扰动。从理论分析知，当泵浦光所加的小信号调制速率超过100MHz时，可认为这种泵浦光的小信号调制对EDFA增益的扰动可忽略，亦即对主信号的传输不产生任何明显的影响。据此，在泵浦源调制后，可利用WDM技术使加有小信号调制的泵浦光和信号光同时在光纤中传输。 在中继放大器输入端的分波器用于将主信号光与监控信号光分开。分离出来自前一中继站加有调制的泵浦光信号，经光接收机接收后转换成电信号，再经解调器输出基带信号经解码器解码之后输出信源编码的基带信号，由微处理器来处理解码器的输出。 各中继站的监控信号以中继站为帧进行时分复用，每个中继站分配一个地址，微处理器读每帧地址段的地址。若所读地址和本地中继站指定地址完全相符，则对该帧内容进行处理，否则仅对其进行再生中继。有关本地帧的内容这样安排：首先是帧起始位，然后是本地中继站的地址段，接着是中继站的操作码段，其后又是地址段和操作码段，以提高数据可靠性，最后是帧的结束位。 微处理器读取本地帧的信息后，保留前一部分地址段和操作码段，而把后一部分的地址段和操作码段改写为从本地状态寄存器中获得的状态信息，同时操作码段信息写入状态寄存器，以完成对中继站的监控。微处理器处理本地帧的内容后，编码成信道码，经载波调制器把基带数字信号以幅移键控方式调制到具有足够高的频率（＞100kHz）和稳定性的晶体振荡器上，再用这个信号调制泵浦源电流。
