Page 18 - 网络电信2023年8月刊

光 通 信

上、短波长信号光的能量转移到长波长的泵浦光上、瑞利散射 图2 拉曼放大器信号光演变情况
和自发辐射噪声等。不考虑信号光动态变化情况，即不考虑时
间维度，频率为的光分量在光纤中传输，其功率演变可以使用
下面的公式表示 [1]。

（1）式中，P±表示（+）或者（-）后向传输的光功率；
（1）式右侧的第一项表示光在光纤中传输的损耗，第二项表
示瑞利散射，第三项表示频率比v大的光将转移到v频率分量
的光，第四项表示频率的光将能量转移到频率分量比其小的
光，后面两项表示的是与温度相关的自发辐射噪声（ASE）项。
gR(v-ξ)是光纤的拉曼增益系数。
（二）EDFA模型
EDFA是在光纤中掺入铒离子，在泵浦光的作用下实现高能 180.84mW；后向泵浦光波长为：1422.71nm、1431.59nm、
1439.32nm、1451.05nm、1461.12nm、1468.9nm、1478.9nm 和
级上的铒离子粒子数反转，此时如有信号光输入，输入信号光
1504.3nm，对应的光功率为：96.14mW、69.45mW、90.75mW、
使高能级上的铒离子发生受激辐射，实现对输入信号光放大。
50.75mW、28.15mW、47.71mW、18.92mW和76.75mW。
严格的 EDFA 模型求解相当复杂，需要一定的简化才可以对
图2是信号光沿着光纤演变情况，其左上角是光信号的演
EDFA 模型进行求解。目前有Giles和Saleh两个常用的简化模
变情况，右上角是信号光的增益，从这两个图可以看出信号光
型，与Saleh模型相比，Giles可以计算沿着传输方向的光纤中
的增益谱覆盖 C+L 波段，但增益总体不大且增益谱并不是很平
铒离子反转分布、信号光功率、ASE 功率分布等，因此Giles模
坦。其左下角是信号光的背向瑞利散射，即一重瑞利散射光；
型描述的物理过程更加完备。EDFA的Giles模型中载流子方程、
一重瑞利散射光对输出信号不影响。其右下角是一重瑞利散射
传输方程分别使用下面两个公式描述[2]：
光的背向瑞利散射，即二重瑞利散射光，二重瑞利散射光与输
出信号光同向，对输出信号光是产生影响。从图2的右下上角图
可以看出二重瑞利散射光的功率量级 -40~-35dBm，与输出信号
0
光 4~8.5dBm 相比，二重瑞利散射光功率比较弱。
图3 EDFA 信号光、ASE 光演变过程
（2）式表示掺铒光纤中铒离子的反转度，式中ξ表示掺铒
光纤的饱和参数，表示铒离子掺杂浓度，表示高能级上铒离子
的浓度。（3）式中、分别表示掺铒光纤的吸收、发射系数，m
表示自发辐射噪声的偏振态系数（m=2 表示两个偏振态），表
示掺铒光纤的背景损耗系数。

三、理论结果
基于上文所述的拉曼放大器、EDFA的模型，对拉曼放大器
和EDFA进行数值模拟，研究信号光在拉曼光放大器和EDFA中放
大过程，并根据模拟结果讨论两种放大器在海底光缆通信场景
的适用性。
（一）拉曼放大器
拉曼放大器仿真参数设置如下：信号波长为1528~1620nm，
等间距分为121个信道，输入信号光功率均设置为3dBm；ASE
噪声频谱范围设置为1480~1630nm，取151个频点；光纤长度
设置为10km。前向泵浦光波长为：1422.33nm、1430.93nm、
1439.02nm、1450.17nm、1459.05nm、1467.74nm、1478.45nm
和 1502.71nm，对应的光功率为：189.05mW、171.94 mW、 （二） EDFA
193.34mW、188.93mW、125.78mW、152.5mW、118.81mW和 EDFA设置前、后向泵浦光波长分别设置为980nm、

62 网络电信 二零二三年八月