掺饵光纤放大器(下文简称EDFA)的基本特性有增益特性、输出功率特性和噪声特性。
(1)增益特性
增益特性表示了放大器的放大能力,其定义为输出功率与输入功率之比。EDFA的增益大小与光纤中掺铒浓度、泵浦光功率、掺铒光纤K度以及泵浦条件(包括泵浦功率和泵浦波长)等多种因素有关,通常为15~40 dB。
(2)输出功率特性
理想的光纤放大器,不管输入功率多高.光信号都能按同一比例被放大,但实际的EDFA却并非如此。当输入功率增加时,受激辐射加快,减少了粒子反转数,使受激辐射光减弱,导致增益饱和,输出功率趋于平稳。
EDFA的最大输出功率常用3 dB饱和输出功率来表示,意思是当饱和增益下降3 dB时所对应的输出功率。该参数很重要,它代表EDFA的最大输出能力。EDFA的饱和输出特性与泵浦功率大小和掺铒光纤长短有关。泵浦光功率越大,3 dBf咆和输出功率越大;光纤长度越长,3 dB饱和输出功率也越大。
(3)噪声特性
在铒粒子受激辐射的过程中,N2能级没有受激辐射的粒子会以自发辐射的方式向N1能级跃迁,产生波长1550 nm左右的光于.其频率、相位、方向是随机的。自发辐射产生的大部分光子在传输中逸出光纤,但有一小部分由于传输方向正好在光纤的轴线上而被光纤捕获,这一部分的光子在掺铒光纤中传输(IF反两个方向)时同样也被放大,形成放大了的自发辐射噪声,这对于有用的信号来讲是有害的,影响了放大器的性能。
EDFA的噪声主要有以下4种:信号光的散粒噪声;被放大的自发辐射(AEs)光的散粒噪声;ASE光谱与信号光之间的差拍噪声,这里差拍噪声指的是信号和ASE经光电检测器输出的光生电流表达式中的交叉项;ASE光谱间的差拍噪声,这里差拍噪声指的是ASE的二次项。以上4种噪声中,后两种影响最大,尤其是第三种噪声是决定EDFA性能的重要因素。
衡量EDFA噪声特性可用噪声系数(NF)来度量,其定义为EDFA的输入、输出信噪比的比值,它与同向传播的ASE频谱密度和放大器增益密切相关。经理论分析表明,在EDFA的开始部分信号光功率增加得越快,即粒子数反转程度越高,则EDFA输出端ASE就越小,相应的噪声系数也较小。
对于不同的泵浦波长,噪声系数也略有差异。98,0 nm泵浦的EDFA噪声系数优于1480 nm的EDFA噪声系数1~2 dB。理论上已证明.对于任何利用受激辐射进行放大的光纤放大器来说,其噪声系数的最小值为3 dB,这个极限就被称为噪声系统的量子极限。
对于980 rim泵浦,其噪声系数可基本达到该极限,数值为3.2~3.4 dB,~1480 nm泵浦,噪声系数约为4 dB。
EDFA的低噪声特性极大地改善了直接检测式接收机的灵敏度,例如2.5 Gb/s速率的EDFA接收机灵敏度最好已达一43.3 dBm左右,比直接检测接收机改进了约10 dB,接近相干光接收机一46.6 dBm的最高水平。在10 Gb/s速率下的EDFA接收机灵敏度已达38-8 dBm,超过J,相于光接收机一34.1 dBm的水平。
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