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1、低泵浦效能的泵材大化在极长跨度集合波分符合体系里的运用1 RP EDFA 的噪音特性和优化设计共纤 RP EDFA 如，仅由一段 EDF 和在其输入端的光隔离器构成，光隔离器的作用是抑制二次瑞利散射引起的多径干扰噪音泵浦光（ 1480 nm）通过后段传输光纤后向注入到遥泵放大器中，使EDF 得到激励信号经过一段传输光纤后进入遥泵放大器放大，进而又在后段传输光纤中得到遥泵泵浦光产生的喇曼放大遥泵放大和喇曼放大共同实现了 RP EDFA 中的放大作用。在传输光纤、掺铒光纤的类型确定后，有三个结构参量影响RP EDFA 的性能，中， L EDF 为遥泵。EDF 的长度， LB DFRA 为跨段中产生
2、后向喇曼放大的光纤长度，表征了遥泵 EDF 的位置， P p 为泵浦功率。衡量 RP EDFA 噪音特性的指标为等价噪音系数，其定义方式与 DFRA 的相应参量一致，即将 RP EDFA 等效为位于传输光纤输出端的集总放大器此时集总放大器的噪音系数就定义为 RP EDFA 的等价噪音系数，可以用式（ 1）计算N Fequ=PASE， allh B01GEDFGRaman（ 1）式中 h B 0 表示作为参考的等效输入散粒噪音，取 B 0 = 0. 1 nm G EDF 和 G Raman 分别表示遥泵 EDF 的增益和 DFRA 的开关增益 P A SE， all 为光纤输出端总 ASE 功率
3、根据 1 的放大单元结构，搭建了 RP EDFA 的实验平台来研究它的噪音特性实验中，为了模拟不同的 L B DFRA，部分传输光纤由两个可变光衰减器（ VOAs）代替 RP EDFA 泵浦管波长为 1475 nm，可以提供最大 320 mW 功率遥泵 EDF 长 7. 5 m 噪音测试中采用一个 1552 nm 的光源做为饱和信号，一个波长可调的环腔光纤激光器来做为弱探测信号实验模拟200 km 跨段下， 40 路信号输入的情况，信号功率为 0 dBm/ Ch 测试了 300 mW 泵浦功率下三个波长下 RP EDFA 的等价噪音系数，结果如 2.实验结果表明，在确定的泵浦功率和 EDF 长
4、度下，存在最优的 L B DFRA 使 RP EDFA 噪音特性最佳过长的 LB DFRA 会导致进入遥泵 EDF 的泵浦功率不足，过短的 LB DFRA 则意味着遥泵 EDF前的光纤长度过长，使进入遥泵 EDF 的信号功率太小两者都会使RP EDFA 的噪音特性恶化另一方面，三个不同波长具有相近的最佳LB DFRA（偏差在 2 km 以内）最短波长（ 1529 nm）的等价噪音系数最大，意味着最差的噪音性能，这一结论在不同的泵浦功率和遥泵 EDF 长度下普遍成立在宽带 DWDM 系统中，RP EDFA 的噪音特性应考虑最坏信道的情况，因此，在本文以后的分析中 RP EDFA的噪音特性均以最短
5、波长信道的等价噪音系数来衡量对 RP EDFA 在实验条件下的噪音特性进行数值模拟时，遥泵 EDF 的特性由 Giles模型来计算，后向喇曼大部分由耦合波方程来模拟理论计算中用到的光纤参量见计算结果如中虚线，可以看出实验和仿真很好的符合，等效噪音系数和最佳距离与实验结果差距分别在 0. 4 dB 和 2 km 内，充分证实了数值模拟程序的可信性数值模拟了 200 km 光纤跨段内的RP EDFA 在 300 mW 泵浦功率下，最坏信道等价噪音系数随 LB DFRA 和 LEDF 的变化关系，如 3 等高线图可以看出，在一定的泵浦功率和跨距下，存在一对最优的 LB DFRA 和 LEDF（分别为
6、 58 km 和 7 m） ，使 RP EDFA 噪音特性最佳（约- 6. 5 dB）这里，过短的 L EDF 会限制 EDF 的增益，而过长的 LEDF 则会由于泵浦功率不足导致 EDF 反转下降，影响增益噪音特性结合 2 中对遥泵 EDF位置的分析，则可以很好地理解 3 等高线图的结果值得注意的是， L EDF 在 6 10 m，LB DFRA 在 51 64 m 范围内，最坏信道等价噪音系数与最优值相比恶化在 0. 5 dB 以内这表明 RP EDFA 的噪音特性对 LB DFRA 和 LEDF 都不敏感，这会为实际工程应用带来很大便利针对超长跨距。DWDM 系统中的低泵浦功率 RP E
7、DFA 设计往往是要通过给定的跨距和泵浦功率限制来设计 RP EDFA 的结构参量，通过计算分析 3 的等高线图，则很容易得到相应的最优化结果最后，利用上述优化方法数值计算了不同跨段长度和泵浦功率下，最佳 LB DFRA和 LEDF 的优化结果，见 4.可以看出不同设计条件下两者的变化规律基本一致：在相同泵浦功率下或相同跨距下，最佳 LB DFRA 和LEDF 都随跨距的增加而增加最优点随泵浦功率的变化较缓，说明RP EDFA 的设计对实际泵浦功率的偏差有较大的容限。2 RP EDFA 在超长跨距 DWDM 系统的应用在系统分析了 RP EDFA 噪音特性并给出优化设计方法后，重点考察了 RP
8、 EDFA 在 40 11. 6 Gb/ s DWDM 系统 1000 km 的传输中延长光纤跨距的应用系统跨段结构如。RP EDFA 部分与一致，结构参量与性能由前一节优化方法得到一个宽带谱形滤波器加在传输光纤后保证进入集总放大器的信号功率谱平坦集总放大部分为一内置色散补偿光纤（ DCF）的两级EDFA，实现跨段的集总增益补偿和色散补偿两级集总 EDFA 的增益由跨段总损耗和遥泵部分增益的差得到考虑到 DCF 非线性系数较大，本文限制输入 DCF 的单信道功率为- 6 dBm，由此确定两级EDFA 增益的分配两级 EDFA 的噪音系数均设为 6 dB 计算中采用的光纤参量如为了突出 RP E
9、DFA 的作用，同时对比计算了相同跨距下仅使用反向喇曼放大器（ B DFRA）的系统性能 B DFRA 的泵浦波长是 1428 nm 和 1453 nm，计算中对两泵浦波长下的光功率配比进行优化，得到最平坦的喇曼增益谱，在传输光纤输出端同样采用宽带滤波器滤平信号功率谱集总放大部分与相同。不同泵浦功率水平下两类跨段的噪音特性如 6 等价噪音系数的计算包括了 RP EDFA 后集总放大部分的噪音贡献计算中输入信道功率取 3 dBm/ Ch 可以看出，两类跨段的噪音系数都随着泵浦功率的增加而降低值得注意的是，在相同的泵浦功率水平下， RP EDFA跨段的噪音特性要远好于 B DFRA 跨段这是由于在
10、跨段中信号越早经历放大 OSNR 的恶化越少 B DFRA 的有效放大距离决定于传输光纤对于泵浦光的有效长度，约 16 20 km 而 RP EDFA 可以将集总增益延伸至跨段输出端前 30 60 km 处换一个角度看，达到相同的噪音系数水平， RP EDFA 需要的泵浦功率比 B DFRA 跨段小得多，这为遥泵放大技术节省泵浦功率开销提供了依据。为了考察两类放大技术对系统的影响，计算和比较了两类光放大系统的 OSNR 值和非线性相移传输系统的 OSNR 值可以通过式（ 2）计算。OS N Rsystem=PS， outPA SE， all（ 2）式中 P S， out 为信号的输出功率， P
11、 A SE 是 ASE 噪音功率（ 0. 1 nm 带宽）各信道非线性相移量也被计算用以衡量系统非线性恶化，其定义为NL=Lspan0PS（z） dz（3）式中为光纤的非线性因子， P S（ z ）为信号功率沿光纤的分布， Lspan 为跨段长度 7（ a）是 OSNR 的计算结果随着泵浦功率的增加，两类系统的 OSNR 都成上升的趋势从图中可以看出在相同的泵浦功率水平下， RP EDFA 系统的 OSNR 值要远高于 B DFRA 系统要达到相同的 OSNR，遥泵放大系统需要的泵浦功率水平要小得多另外，跨距越大，遥泵系统带来的性能提高越加明显，这与单跨段噪音的分析也是一致的对于 143 km
12、 的跨段， 200 mW泵浦的 RP EDFA 系统即可达到 700 mW 泵浦下 B DFRA 系统的OSNR 水平而对于 200 km 的跨段，要达到 RP EDFA 系统同样的传输性能， B DFRA 系统所需的泵浦功率要达到 1 W 以上，在实际应用中很难实现率的增加， RP EDFA 系统的非线性相移有所增加，而 B DFRA 系统的非线性相移几乎不变在相同的跨距下，高泵浦功率水平下 RP EDFA 系统的非线性相移比 B DFRA 系统略大，而低泵浦功率水平下 RP EDFA 系统的非线性相移比 B DFRA 系统略低总体而言，在 3 dBm/ ch 的输入信号功率下，两类系统的非
13、线性相移水平均较低在相同的泵浦功率下，两类系统在较长的跨距（对应较少的跨段）下有更小的非线性相移因此系统的信号功率水平还可以适当提升，在不引入较大非线性恶化的条件下进一步提升系统OSNR.最后，数值模拟了采用 RP EDFA 的 40 11. 6 Gb/ s DWDM 系统 1000km 的传输采用分裂步方法计算光纤中的非线性薛定鄂方程，模拟了 167 km 和 200 km 跨距的传输情况考虑系统采用 16. 5%的前向纠错（ FEC）编码，信道码率设为 11. 6 Gb/ s，则系统的 Q 值要求为 8. 6 dB 码形为 RZ 码（ 33%占空比）系统采用逐段 100%的色散补偿，对后色
14、散补偿进行优化使系统 Q 值最佳是系统平均 Q 值计算结果从 200 km 跨段的结果可以看出，对于给定的输入信号功率，系统 Q 值随泵浦功率的增加而上升，但上升的趋势在逐渐变缓在固定泵浦功率水平下，提升输入信号功率可以提高系统 Q 值，但在信号功率较高时这种改善也变弱，显示出光纤中非线性的影响图中横虚线表明，在每信道 0 dBm 信号功率，泵浦功率大于 220 mW 的时候，跨距为 167 km（ 6 个传输跨段）的系统 Q 值可以达到 1 3 dB以上，实现 4. 4 dB 的 Q 值裕量而对于 200 km 跨距的系统，在每信道 3 dBm 功率， 400 mW 泵浦功率得条件下可以达到
15、 11 dB 的 Q 值，实现 2. 4 dB 裕量计算结果表明，通过合理设计遥泵放大结构参量和信号功率水平，完全可以实现 167 km 跨距，1000 km 的传输，并将入纤的泵浦功率控制在 220 mW 值得指出的是，本文的系统模拟条件较为保守，可以预见通过选择更适当的遥泵 EDF 和更精细的色散补偿，系统性能应可以进一步提升。3 结论针对喇曼放大技术在长跨距的长距离有光中继传输系统中入纤泵浦功率过大，影响系统实用性的问题，将遥泵放大技术引入到系统中研究了简单的共纤 RP EDFA 的噪音性能及其优化设计，从系统的角度对比了 B- DFRA 系统和 RP EDFA 系统在超长跨距传输中的特性，重点展现了遥泵系统在节省泵浦功率和延长传输跨距方面的突出性能结果表明遥泵放大技术结合了 DFRA 和 EDFA 的特性，降低了入纤泵浦的功率水平，更适合长跨距应用文章通过对一个典型的长跨距系统进行的系统 Q 值的模拟，表明运用遥泵放大技术，在 220 mW 泵浦功率水平下可以实现跨距为 167 km 的 40 11. 6Gbit/ s 系统 1000 km 传输， Q 值裕量 4. 4 dB.
