光纤拉曼放大器的研究进展.pptx

光纤拉曼放大器在光纤拉曼放大器在DWDM系统中的应用系统中的应用1光纤拉曼放大器在同步数字体系（光纤拉曼放大器在同步数字体系（SDH）线路中的应用）线路中的应用2光纤拉曼放大器在光纤拉曼放大器在CATV传输中的应用传输中的应用3FRAFRA在在CATVCATV传输中的应用传输中的应用有线电视（有线电视（CATV）系统的组成）系统的组成1FRA的基本原理的基本原理2FRA的技术指标的技术指标3有线电视传输中有线电视传输中DFRA与与EDFA的对比的对比4FRA在有线电视传输中的应用在有线电视传输中的应用5FRAFRA在在CATVCATV传输中的应用传输中的应用v有线电视（有线电视（CATVCATV）系统的组成）系统的组成前端前端干线传输干线传输分配网络分配网络用户单元用户单元卫星接收的卫星接收的电视节目信号电视节目信号开路电视节开路电视节目信号目信号自办电视节自办电视节目信号目信号光发射机光发射机光放大器光放大器光纤光纤光分路器光分路器衰减器衰减器光连接器光连接器光接收机光接收机干线放大器干线放大器延长放大器延长放大器楼栋放大器楼栋放大器分支分配器分支分配器RFRF用户终端用户终端电缆电缆调制解调器调制解调器机顶盒机顶盒外调制外调制CATVCATV系统的三个主要指标系统的三个主要指标载噪比载噪比(CNR):(CNR):43dB43dB组合二阶失真（组合二阶失真（CSO):CSO):54dB54dB三阶组合差拍失真三阶组合差拍失真(CTB):(CTB):54dB54dB载噪比（载噪比（CNRCNR）中国有线电视行业对载噪比的定义是：图像载波电平的有效值与等效噪声带宽内系统噪声电平的均方根值之比，用dB表示：载噪比也是一个频道中载波功率与噪声功率之比，它的数学表达式是：如果载噪比达不到收视标准时就会出现雪花噪声。在在CATVCATV系统中系统中CNRCNR主要来源于以下几个方面主要来源于以下几个方面：1光端机方面的光光端机方面的光源源RINRIN噪声，光噪声，光电探测器的量子电探测器的量子噪声及接收机前噪声及接收机前置放大噪声。置放大噪声。2光纤链路中的光光纤链路中的光纤放大器等有源纤放大器等有源传输设备。传输设备。3传输中各种非线传输中各种非线性引起的信道间性引起的信道间交调噪声。交调噪声。CNRCNR大小的综合表示如下：大小的综合表示如下：虽然这些噪声与白噪声相比有不同的产生机理因而具有不同的特性。不过，它们对图像质量的影响都是导致背景雪花，使图像结构粗糙，清晰度下降，对比度变差和层次减少。当然，为了获得足够高的CNR，保证传输质量，就必须提高接收端的光功率。为此，引入了光放大器(如EDFA，FRAFRA等)来保证长距离传输系统的CNR指标。vFRAFRA的基本原理的基本原理图1 光纤分子拉曼能级光纤中拉曼声子频率为：斯托克斯拉曼光子：反斯托克斯拉曼光子：图2 光纤拉曼放大器原理图v实用拉曼放大器的技术指标实用拉曼放大器的技术指标1.开关增益 放大器的开关增益定义为有泵浦时的信号输出功率相对于无泵有泵浦时的信号输出功率相对于无泵浦时的信号输出功率的提高浦时的信号输出功率的提高。是拉曼增益系数 是抽运光输出功率 是光纤的有效作用长度 是光纤的有效截面积2.等效噪声系数噪声系数定义为器件器件(含无源器件含无源器件)对输入信噪比的恶化程度。对输入信噪比的恶化程度。3.非线性失真为了度量信号的非线性损伤，定义信号平均非线性相移信号平均非线性相移作为度量指标。式中：k为非线性系数，它表征信号功率沿光纤的平均分布大小。FRAFRA应用中的各种影响因素应用中的各种影响因素1.自发辐射(ASE)噪声 ASE噪声是自发拉曼散射经泵浦光的拉曼放大而产生的覆盖整个拉曼增益谱的背景噪声。2.偏振相关增益(PDG)偏振相关性是DFRA的一大特性，这主要源于光纤中的偏振模色散(PMD)。拉曼增益与泵浦光和信号光的偏振态有关，即拉曼增益也是偏振相关的。当泵浦光与信号光的偏振态一致时有最大增益，而当两者偏振态正交时几乎没有拉曼增益。3.泵浦相对强度噪声(RIN)作为连续光(cw)输出的泵浦光功率并不是恒定不变的，其强度存在随机起伏，形成了强度噪声。拉曼散射具有快速的响应时间，所以泵浦的强度噪声会影响到信号。v有线电视传输中有线电视传输中DFRADFRA与与EDFAEDFA的对比的对比图3 信号光强沿光纤长度的分布采用FRA可以大大减小光纤中的信号光功率,由此减少各种非线性如自相位调制、受激布里渊散射等影响。后向抽运拉曼放大时的光纤中信号光功率密度最小,因此非线性影响最小,但由于后向抽运将导致载噪比指标的严重劣化,而前向抽运拉曼放大则对载噪比不会产生影响,因此残留边带调幅调制的有线电视系统中不宜采用后向抽运拉曼放大。图4 初始光功率 0 dBm,满足光纤损耗的功率预算时,掺铒光纤放大器和前向拉曼放大时的组合二阶失真与光纤链路长度之间的关系曲线由于系统链路长度越长,满足功率损耗预算要求的光放大增益越高。若采用掺铒光纤放大器,则光纤的入纤光功率为 16 dBm,而采用拉曼放大,则光入纤功率依然为0 dBm。图中结果表明了采用拉曼放大将会大大改善组合二阶失真指标。光纤长度超过60 km 的系统,采用拉曼放大可以使组合二阶失真改善10 dB 以上。图5 59 频道逐行倒相 D 制式系统中,分别采用掺铒光纤放大器或前向抽运拉曼放大器时各信道由自相位调制导致的组合二阶失真曲线图中虚线为对应频道的二阶互调项产物数分布曲线。可见,相比采用掺铒光纤放大器的系统,采用前向抽运拉曼放大的系统中所有频道中自相位调制导致的组合二阶失真都会得到约14 dB 的改善。vFRAFRA在有线电视传输中的应用在有线电视传输中的应用 FRA辅助EDFA传输增大无中继传输距离 无中继传输距离主要是由光传输系统信噪比决定的，分布式拉曼放大器与EDFA混合使用能有效地降低系统传输跨距的噪声。平均光信噪比平均光信噪比平均平均Q值值最差最差Q值值无拉曼放大器12.8dB13.5dB12.3dB有拉曼放大器17.5dB16.5dB15.2dB表1 采用EDFA放大后的性能与采用拉曼辅助传输后的性能比较 表1是1Tbit/s WDM的光信号，波长1542.7nm至1562.5nm，经过25km单模光纤的（SMF）+175km的色散位移单模光纤（DSF）和常规EDFA放大后的性能与采用拉曼辅助传输的性能的比较。显然，采用拉曼辅助传输后，平均光信噪比（SNR）提高了4.7dB。现系统从2.5G到10G的升级信噪比 提升光纤复用程度和光网络的传输能量低噪声 拓展频谱利用率和提高传输系统速率普通光纤的低损耗区间是12701670nmEDFA只能工作在15251625nm范围内FRA可以全波长放大