Page 33 - 网络电信2023年2月刊
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(v-ξ)是光纤的拉曼增益系数。                                     点；光纤长度设置为10km。前向泵浦光波长为：1422.33nm、
                （二）EDFA模型                                        1430.93nm、1439.02nm、1450.17nm、1459.05nm、1467.74nm、
                EDFA是在光纤中掺入铒离子，在泵浦光的作用下实现高能                      1478.45nm和1502.71nm，对应的光功率为：189.05mW、171.94
            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                          mW、193.34 mW、188.93 mW、125.78mW、152.5 mW、118.81 mW
            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。                          和180.84mW；后向泵浦光波长为：1422.71nm、1431.59nm、
            严格的EDFA模型求解相当复杂，需要一定的简化才可以对EDFA                      1439.32nm、1451.05nm、1461.12nm、1468.9nm、1478.9nm和
            模型进行求解。目前有Giles和Saleh两个常用的简化模型，与                     1504.3nm，对应的光功率为：96.14mW、69.45mW、90.75mW、
            Saleh模型相比，Giles可以计算沿着传输方向的光纤中铒离子                     50.75mW、28.15mW、47.71mW、18.92mW和76.75mW。
            反转分布、信号光功率、ASE功率分布等，因此Giles模型描述                          图2是信号光沿着光纤演变情况，其左上角是光信号的演变
            的物理过程更加完备。EDFA的Giles模型中载流子方程、传输方                     情况，右上角是信号光的增益，从这两个图可以看出信号光的
            程分别使用下面两个公式描述[2]:                                    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坦。
                                                                 其左下角是信号光的背向瑞利散射，即一重瑞利散射光；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光的
                                                          （2）    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，与输出信号光
                                                          （3）    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。

             图2 拉曼放大器信号光演变情况

















                                                                     （二）EDFA
                                                                     EDFA设置前、后向泵浦光波长分别设置为980nm、
                                                                 1480nm，泵浦光功率均设置为150mW。ASE谱频率范围设置为
                                                                 1520～1570nm，间隔为125GHz。信号光1530～1580nm，等间距
                                                                 分为40个信道，功率均设置为0dBm；铒纤的长度设置为10m。
                                                                     图3是EDFA信号光、ASE光演变过程。从图3的左上角、右上
                三、理论结果                                           角图可以看出EDFA的增益谱是不平坦，这是由EDFA的吸收系数
                基于上文所述的拉曼放大器、EDFA的模型，对拉曼放大器
                                                                 和增益系数曲线决定的，而吸收系数和增益系数曲线是由掺杂
            和EDFA进行数值模拟，研究信号光在拉曼光放大器和EDFA中放
                                                                 特性决定。因此EDFA的增益谱和拉曼放大器增益不平坦的原因
            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
                                                                 是不相同的。此外，从图3的右上角图可以看出，EDFA的增益谱
            的适用性。
                                                                 宽度比拉曼放大器窄得多，大约为30nm，只能够覆盖C或者L波
                （一）拉曼放大器
                                                                 段。
                拉 曼 放 大 器仿 真 参 数 设 置如 下 ： 信 号 波 长 为
                                                                     （三）适用性讨论
            1528～1620nm，等间距分为121个信道，输入信号光功率均设
                                                                     通过上述的分析可以看出，拉曼放大器和EDFA各有优缺
            置为3dBm;ASE噪声频谱范围设置为1480～1630nm，取151个频
                                                                 点。拉曼放大器具有较宽的增益谱，可以覆盖C+L波段，拉曼放
                                                      网络电信 二零二四年一、二月                                           57
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