光纤拉曼放大器的研究进展课件.pptVIP

光纤拉曼放大器在DWDM系统中的应用 1 光纤拉曼放大器在同步数字体系（SDH）线路中的应用 2 光纤拉曼放大器在CATV传输中的应用 3 FRA在CATV传输中的应用 有线电视（CATV）系统的组成 1 FRA的基本原理 2 FRA的技术指标 3 有线电视传输中DFRA与EDFA的对比 4 FRA在有线电视传输中的应用 5 FRA在CATV传输中的应用 有线电视（CATV）系统的组成 前端 干线传输 分配网络 用户单元 卫星接收的电视节目信号 开路电视节目信号 自办电视节目信号 光发射机 光放大器 光纤 光分路器 衰减器 光连接器 光接收机 干线放大器 延长放大器 楼栋放大器 分支分配器 RF用户终端 电缆 调制解调器 机顶盒 外调制CATV系统的三个主要指标 载噪比(CNR): 43dB 组合二阶失真（CSO):54dB 三阶组合差拍失真(CTB):54dB 载噪比（CNR） 中国有线电视行业对载噪比的定义是：图像载波电平的有效值与等效噪声带宽内系统噪声电平的均方根值之比，用dB表示： 载噪比也是一个频道中载波功率与噪声功率之比，它的数学表达式是： 如果载噪比达不到收视标准时就会出现雪花噪声。 在CATV系统中CNR主要来源于以下几个方面： 1 光端机方面的光源RIN噪声，光电探测器的量子噪声及接收机前置放大噪声。 2 光纤链路中的光纤放大器等有源传输设备。 3 传输中各种非线性引起的信道间交调噪声。 CNR大小的综合表示如下： 虽然这些噪声与白噪声相比有不同的产生机理因而具有不同的特性。不过，它们对图像质量的影响都是导致背景雪花，使图像结构粗糙，清晰度下降，对比度变差和层次减少。当然，为了获得足够高的CNR，保证传输质量，就必须提高接收端的光功率。为此，引入了光放大器(如EDFA，FRA等)来保证长距离传输系统的CNR指标。 FRA的基本原理 图1 光纤分子拉曼能级 光纤中拉曼声子频率为： 斯托克斯拉曼光子： 反斯托克斯拉曼光子： 图2 光纤拉曼放大器原理图 实用拉曼放大器的技术指标 1.开关增益 放大器的开关增益定义为有泵浦时的信号输出功率相对于无泵浦时的信号输出功率的提高。 是拉曼增益系数 是抽运光输出功率 是光纤的有效作用长度 是光纤的有效截面积 2.等效噪声系数 噪声系数定义为器件(含无源器件)对输入信噪比的恶化程度。 3.非线性失真 为了度量信号的非线性损伤，定义信号平均非线性相移作为度量指标。 式中：k为非线性系数，它表征信号功率沿光纤的平均分布大小。 FRA应用中的各种影响因素 1.自发辐射(ASE)噪声 ASE噪声是自发拉曼散射经泵浦光的拉曼放大而产生的覆盖整个拉曼增益谱的背景噪声。 2.偏振相关增益(PDG) 偏振相关性是DFRA的一大特性，这主要源于光纤中的偏振模色散(PMD)。拉曼增益与泵浦光和信号光的偏振态有关，即拉曼增益也是偏振相关的。当泵浦光与信号光的偏振态一致时有最大增益，而当两者偏振态正交时几乎没有拉曼增益。 3.泵浦相对强度噪声(RIN) 作为连续光(cw)输出的泵浦光功率并不是恒定不变的，其强度存在随机起伏，形成了强度噪声。拉曼散射具有快速的响应时间，所以泵浦的强度噪声会影响到信号。 有线电视传输中DFRA与EDFA的对比 图3 信号光强沿光纤长度的分布 采用FRA可以大大减小光纤中的信号光功率, 由此减少各种非线性如自相位调制、 受激布里渊散射等影响。 后向抽运拉曼放大时的光纤中信号光功率密度最小,因此非线性影响最小, 但由于后向抽运将导致载噪比指标的严重劣化,而前向抽运拉曼放大则对载噪比不会产生影响,因此残留边带调幅调制的有线电视系统中不宜采用后向抽运拉曼放大。 图4 初始光功率 0 dBm,满足光纤损耗的功率预算时, 掺铒光纤放大器和前向拉曼放大时的组合二阶失真与光纤链路长度之间的关系曲线 由于系统链路长度越长, 满足功率损耗预算要求的光放大增益越高。 若采用掺铒光纤放大器, 则光纤的入纤光功率为 16 dBm, 而采用拉曼放大,则光入纤功率依然为0 dBm。 图中结果表明了采用拉曼放大将会大大改善组合二阶失真指标。光纤长度超过60 km 的系统,采用拉曼放大可以使组合二阶失真改善10 dB 以上。 图5 59 频道逐行倒相 D 制式系统中, 分别采用掺铒光纤放大器或前向抽运拉曼放大器时各信道由自相位调制导致的组合二阶失真曲线 图中虚线为对应频道的二阶互调项产物数分布曲线。 可见,相比采用掺铒光纤放大器的系统, 采用前向抽运拉曼放大的系统