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掺铒光纤放大器调制不稳定性的色散处理

王旭东  
【摘要】:掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier,EDFA)在光纤通信系统中的应用使得光网络的传输距离和速率都得到了提高,光信号不再需要转换成电信号进行放大,节约了传统光/电/光转换的费用,而且便于系统的运行和维护。EDFA具有输出功率大、增益高、噪声指数低、工作频带宽、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点,在密集波分复用(DWDM)系统和光纤有线电视(CATV)系统中有着广泛的应用。 由于EDFA存在增益,相比于传输光纤它有较小的调制不稳定性阈值,使其很容易受到调制不稳定性的影响。调制不稳定性会影响用光放大器对光纤损耗进行周期性补偿的光通信系统的性能。若光放大器产生了噪声,则调制不稳定性能使系统性能显著劣化,这种不稳定性表现为将连续或准连续的信号辐射分裂成一列超短脉冲。分布光纤放大器的增益分布在低掺杂石英光纤的较长的长度上,所以非线性效应和色散效应对分布光纤放大器起重要作用。为了减小色散对EDFA调制不稳定性的不良影响,提高EDFA信噪比(SNR),本文围绕以色散缓变的EDF和色散位移的EDF为基础的新型EDFA进行研究。具体内容 如下: 1.阐述EDFA基本理论、关键技术以及研究发展方向,并利用均匀展宽的二能级模型对掺铒光纤的传输方程进行了推倒和分析。为研究掺杂铒离子的光纤放大器中光脉冲提供了理论基础。 2.用微扰法分析掺铒光纤的非线性薛定谔方程,研究色散缓变EDFA的调制不稳定性,分析其调制不稳定性积分增益谱与输入信号功率、放大器增益、放大器长度、光纤纵向色散变化参量的关系。通过分析调制不稳定增益产生长度,表明合理的选择放大器的长度可以消除调制不稳定性增益的产生。 3.研究不考虑二阶群速度色散(GVD),只考虑三阶GVD情况的色散位移EDFA,用MATLAB软件作图分析色散位移EDFA的调制不稳定性较普通EDFA相比调制不稳定性阈值以及积分增益谱的带宽和峰值有什么变化,是否有利于提高EDFA的信噪比和稳定性。 4.对两种新型EDFA(色散缓变EDFA和色散位移EDFA)的研究进展分别进行了介绍,并对其优劣性进行了分析比较,提出了通过色散管理减小调制不稳定性对EDFA影响的有效方法。


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