EDFA増益平坦性的优化设计

EDFA増益平坦性的优化设计由光的功率传输方程可以看出,光信号的输出功率与吸收系数和增益系数都有很大关系，所以增益的大小必然受到吸收系数和增益系数的影响。掺铒光纤的工作区在l1530nm区域内，增益大于吸收，所以可对在这个区域内的波长信号进行放大。叠加增益谱线和吸收谱线，得到不同激发态粒子数的净增益谱线。因此对于光信号的不同波长输入，得到的增益大小也是不同的，这就是造成EDFA增益不平坦性的根本原因。在DMW系统中，要想在C波段的整个区域内进行放大，对EDFA的要求是在整个区域内的增益谱是连续平坦的，否则每个信道的增益大小不同，当多个EDFA级联使用的时候，增益大的波长信道输出的光功率就会变得很大，掺铒光纤会出现非线性效应，结果导致降低这些波长信号的系统指标；然而在增益小的波长信道，因为增益非常小致使噪声系数增大，降低系统信噪比，有可能不在系统接收机的灵敏度范围内。远距离传递线路必须要严格要求每一级的EDFA增益平坦度。 EDFA的频带宽可以达到30nm或者更大，非常适用于一起放大的多通道多波长的信号。但是，EDFA的信号放大依然存在包括自我辐射(ASE)引起噪声在内的许多问题，尤其是EDFA增益谱的不平坦性问题尤其严重。特别是在通过级联的EDFA进行多波长信号扩大时，各项研究表明多波长间的增益差会越来越大，噪声重叠效应也会越来越严重，有些波长的信道信噪比也会随着很大程度上下调，甚至会出现更严重的系统无法正常工作的情况。掺铒光纤的种类是影响增益平坦度优劣的最直接的参数，铒离子的吸取大小与增益大小会随着掺入的金属离子的不同而发生变化，例如掺铒光纤的增益大小会因为锗元素的加入而变大，但如果在锗元素的基础上加入磷离子则会拓宽EDFA的吸取带宽的同时提高浦效率，这样就会降低对泵光源的稳定性能的要求；可以通过掺入氯离子的方法提高硅酸盐中铒离子的溶浓度，从而尽量缩短光纤长度、增大铒离子浓度、减小耗损的条件下还可以确保泵浦光的完全吸收和利用。降低铒离子的浓度能够减小EDFA的耗损，但是过低的浓度又会使光纤吸收泵浦光的效率变差增益变小。由增益的角度出发又需要加长光纤的长度。光纤的使用长度是除了掺铒光纤种类之外的又一个能够影响增益坦度的因素。DWDM系统在远距离传输过程中，利用EDFA可以使系统的传输能力大大得到增强，然而系统的增益平坦度并不是十分满意，容易出现各个信道之间光功率和信噪比各不相同的情况，进而引发增益大的信道出现光功率饱和及非线性效应，同时增益小的信道出现信噪比恶化的现象。因此，为使各个信道最终都会获得均匀的信噪比，对EDFA增益平坦性的改进就显得尤为重要。目前优化EDFA增益平坦性技术主要分为两种：一种是EDFA自身增益平坦性的优化设计，例如通过改变掺铒光纤基质的类型改善增益不平坦性，或者是通过EDFA结构参数的改变从而改进增益不平坦性：另一种是通过引进增益平坦滤波器，该种方法在技术角度讲又可以分为静态增益平坦技术和动态增益平坦技术两类。本次研究采用动态增益平坦性技术。主要采用以下三种方式：1.全声光可调滤波原理，该器件利用了全声光可调的制作原理。2.级联液晶光学均衡滤波:由解析特性光波的单元、数字信号处理、及恩伯均衡单元构成的液晶级联都良好的改变EDFA的平坦增益特性。这种滤波器结构的波长单元式有一个可变液晶光衰减群和一个均衡谐波器组成。3.非对称干涉仪级联均衡器:改变构成M-Z干涉器的每一个耦合器的参数可以改善增益平坦性，办法就是把M-Z级联在一起，这种方法的好处就是有很强的灵敏性，过程也是很简易。操作如图所示为M-Z干涉仪的结构。 单级的M-Z干涉仪结构示意图静态增益均衡器虽然可以很好地解决增益的平坦问题，但是当放大器的输入端光波长部分丢失或各个输入光功率变化相对比较大时，此时就需要采用动态增益均衡技术。再根据三种动态增益方式的选择