Page 34 - 网络电信2024年8月刊

nm WDM为两个EDF之间未完全消耗的泵浦搭建传输通道，以提高 长度的增加成正比。根据图11可以分析到，随着饵纤长度的增
泵浦光利用率。改进后的示意图如图8所示。在图6和图7中，△ 加，噪声指数逐渐减小，在达到一个相对较低的值后，随着掺
曲线代表了改进后的Dual-stage EDFA(Modified Dual-stage 铒光纤长度的继续增加，噪声指数反而开始上升。
EDFA)的性能。可以看出，在增益和噪声指数方面，相比于One- 图10 放大器增益随两段掺饵光纤长度变化的曲线图
stage EDFA和Dual-stage EDFA,Modified Dual-stage EDFA结
构均表现出明显的优势。

图8 改进的 Dual-stage EDFA结构示意图

2 低噪声双向双级掺铒光纤放大器设计和优 图11 放大器声指数随两段掺饵光纤长度变化的曲线图
化
综合考虑增益和噪声指数的因素，对EDF1的分析发现，在
基于光纤时频传递系统双向传输的需求和Modified Dual- 长度为1.25m到2.5m之间，泵浦光的利用率较高、增益最大，并
stage EDFA 结构，提出了一种双级双向掺铒光纤放大器(Dual- 且噪声指数保持在3.6dB以下。对于EDF2,随着长度的增加，整
stage Bi-EDFA),其结构如图9所示。该双向EDFA由三个部分组 体增益会提高，但随着掺铒光纤长度的继续增加，增益的增加
成。其中，第一部分和第三部分分别用于正向和反向信号的第 幅度逐渐降低。综合饵纤长度和增益大小等因素，选择了3.5m
一级放大，由掺铒光纤(EDF)、980nm泵浦源、两个波分复用器 的EDF2作为第二段掺铒光纤长度。因此，将第一段饵纤设置为
和一个隔离器构成。第二部分为第二级放大，用于共同放大双 1.75m, 将第二段饵纤设置为3.5m, 作为实验中的掺铒光纤长
向信号，由掺铒光纤和两个波分复用器组成。为了区分正向和 度。
反向传输通道的光信号，使用两个光环形器将其分开，正向传
输光信号工作在上半部分，在A端输入后，经过第一部分进行预
放大，信号光通过光环形器进入第二部分进行再次放大。经过
放大的信号光通过光环形器分离并进入输出端。其中，第一部
分和第三部分剩余的980nm泵浦光通过980/1550nm WDM分光作为
第二部分的泵浦源。值得一提的是，第一级采用前向泵浦，输
出信号具有更好的噪声性能；第二级采用双向泵浦，以保证整
体更好的增益。

图9 Dual-stage Bi-EDFA结构示意图

为了模拟不同增益光纤长度下光放大器的性能水平，以便 3 实验结果
选择最佳的掺铒光纤长度，使用OptiSystem进行了仿真和参数
优化。实验中，采用线宽为10MHz、中心波长为1550nm、光功率 根据Optisystem优化后的参数，搭建了可用于时频传递
为-20dBm的连续波激光器(CW Laser)作为光源，正反向输入端 链路的双向双级掺铒光纤放大器。为了评估双向双级掺铒光纤
均使用此激光器。通过设置不同的掺铒光纤长度，仿真得到了 图12 马赫-曾德尔干涉仪示意图
双向EDFA的增益和噪声指数随着饵纤长度的变化曲线，结果如
图10和图11所示，其中横坐标为第一段饵纤长度，图例标注为 放大器的噪声特性，利用马赫曾德尔干涉仪进行拍频实验，
第二段饵纤长度。 得到Dual-stage Bi-EDFA的信噪比，如图12所示。实验中，将
1550nm信号分为两路，其中一路经过光衰减器衰减到-20dBm
通过图10可以分析出，在相同的信号光功率和泵浦光功率 后，再进入EDFA中放大，另一路通过AOM频移80MHz。将两路信
条件下，增益随着两段饵纤长度和的增加而增加，达到一较大
值后，随着饵纤长度的增加而减小，说明饵纤存在一个最优长
度；同时，在第一段饵纤长度不变的情况下，随着第二段饵纤
长度的增加，增益效果不断加强，但是增益增加率并不与饵纤

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