级联双包层Er3﹢∕Yb3﹢共掺光纤放大器的增益瞬态 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

黯圈 中文核心期刊 级联双包层E b 3 + 共掺光纤放大器的增益瞬态 彭靳1 ，占生宝- ，丁健，肖文标z 【1 滁州学院，安徽滁州2 3 9 0 0 0 ；2 中国人民解放军9 4 8 4 0 部队，南京2 1 0 0 0 7 ) 摘要：基于速率方程的离散算法，首次实现了对双包层E r3 + Y b p 共掺光纤放大器级联链路增益瞬态的 分析。研究了级联链路中功率漂移与撤除信道数及级联放大器数量的关系。 关键词：E r 弘Y b 弘共掺；双包层光纤放大器；级联E Y D F A 链路；增益瞬态 中图分类号：T N 2 5 3文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2 - 5 5 6 1 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 1l 一0 3 G a i nt r a n s i e n tr e s e a r c hf o rc a s c a d e d a nE P N b c o - d o p e dd o u b l e - c l a df i b e ra m p l i f i e rc h a i n P E N GJ i n1 ，Z H A N S h e n g - b a o1 ，D I N GJ i a n1 , X I A OW e n b i a o 2 ( 1 C h u z h o uc o l l e g e ，C h u z h o uA n h u i2 3 9 0 0 ，C h i n a ；2 U n i t9 4 8 4 0o fP L A ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：B a s e do nd i s c r e t ea l g o r i t h mo ft h er a t e - e q u a t i o n ，a n a l y s i so fg a i l lt r a n s i e n tf o rc a s c a d e dE 一Y b 抖 C O - d o p e dd o u b l e c l a df i b e ra m p l i f i e r ( E Y D F A ) c h a i ni sp r e s e n t e df i r s t l y T h ec h a n g e so f p o w e re x c u r s i o nw i t h d r o p p e dc h a n n e l sa n dt h en u m b e ro fE Y D F A sw e r ei n v e s t i g a t e d K e yw o r d s ：E r Y b 计C O - d o p e d ；d o u b l e - c l a df i b e ra m p l i f i e r ；c a s c a d e dE Y D F A sc h a i n ；g a i nt r a n s i e n t 0 引言 随着信息需求的与日俱增光纤通信正朝着超长 距离、超大容量方向迅速发展。双包层E 厂Y b 孙共掺光 纤放大器( E Y D F A ) 作为光纤通信中继的一种新型大 功率放大器其应用前景已为世人瞩目密集波分复 用器( D W D M ) + E Y D F A 是充分挖掘光纤带宽潜力、实 现超大容量通信的最有效途径【1 】。 众所周知。超长距离光纤通信的实现，必须在网 络的传输路由中加入中继器多个中继器由此级联成 放大器链路。当链路的某个放大器业务流量突变或执 行设备升级以及保护倒换等网管操作时必然导致放 大器一个或多个通道光功率的瞬态变化该瞬态必然 波及级联链路中其他放大器由此引起连锁反应。若 输入光功率过大则会产生瞬时光浪涌，导致光，电转 换器或光连接器端面损坏 2 1 。对于单个双包层E Y D F A 文献1 1 基于速率方程的“离散”算法，实现了增益瞬态 及控制效果的分析。本文借鉴该算法，分析级联链路 中各放大器的瞬态增益。 收稿日期：2 0 1 3 - 0 3 0 6 。 基金项目：安徽省高校省级自然科学项目资助课题( 2 0 1 2 8 1 2 6 K J 2 0 1 3 8 1 8 6 ) 资助；滁州学院科研基金项目( 2 0 1 2 k j 0 0 9 B ，2 0 1 2 k j 0 0 8 B ) 资助。 作者简介：彭靳( 1 9 8 1 一) ，男。硕士，讲师，主要研究方向为光通信技术。 1 “离散 算法及功率漂移模拟 1 1 “离散”算法 光纤通信网中通常使用的中继器是掺E ，光纤 放大器对于该放大器。基于速率方程推导出增益解 析式后再求解增益瞬态的研究已有众多报道 3 , - 0 7 。然 而，对于E Y D F A 同，由于速率方程中存在非线性项，因 此不能得到增益解析解。在此情形下，离散”算法就 成为求解增益瞬态的一种有效方法。文献f 1 1 对该算法 已进行了详细阐述。本文不再赘述。 1 2 级联放大器链路模型 图1 是一典型的级联放大链路假设该链路由4 个完全相同的E Y D F A 组成整个系统在1 5 3 2 。 1 5 6 4 n m 波长内存在1 7 个信道( 信道间隔为2 n m ) 。分 别标记为T X ，、T X ：、T X m 经复用器复用后进入第一 级放大器由于E Y D F A 对不同信道的放大倍数不尽 图1 级联E Y D F A 链路示意图 2 0 1 3 年第6 期祀翘镭槐书 万方数据 黯圃 彭靳，占生宝， 健，等：级联双包层E r 3 + y b 。 共掺光纤放大器的增益瞬态 相同，因此。在放大器的输出端必须加入衰减器，以此 确保各信道的输出功率完全相同。当放大器的输出功 率经线路损耗到一定程度后。再进入二级放大器，如 此循环从而实现超长距离通信的目的。 1 3 模拟参数 假设双包层E Y D F A 使用的增益介质为加拿大国 家光学研究所生产的E Y 8 0 1 型双包层光纤该光纤的 相关参数是：纤芯为圆形。直径和数值孔径大小分别 为4 6 m 和0 1 8 1 山m ；内包层为正六边形，两平行边间 的距离为2 0 0 1 L L m 。模拟时，增益光纤的长度设为1 2 m ， Z 设为0 1 m 。其它参数的取值见表1 t - , a - o l 。 裹1 理论计算的相关参数 参数数值参数数值 【E 州m 4 8 1 0 笛 t r y , , ( A p ) m 2 5 O 1 0 0 【Y b “ n m 5 0 1 0 苗 t r v k ( h p ) m 2 5 0 1 0 4 X p n m 9 8 0 n ( 折射率) 1 5 b ，n m1 5 5 0 o r ( h p ) m 2 2 0 x l 泸 A 知 1 5 5 8 “b ) m 2 2 7 5 1 0 4 九加m 1 5 6 0 西一九1 ) m 2 3 3 9 5 1 0 0 础 1 5 x 1 0 - 3 o “A 圳m 2 2 1 1 0 1 0 0 T 乜s 1 I x l 0 - 3o “训m 22 7 8 0 l O o C , J m 3 s 1 5 0 x 1 0 - 2 1 o 一圳m 2 1 9 7 0 x 1 0 - z C l d m 3 s 14 8 l x l 0 4嘣训m 22 6 3 0 1 泸 协 3 5 x 1 0 - 3 1 4 增益漂移模拟 假设双包层E Y D F A 为正向泵浦泵浦功率为 1 W ，各信道的传输功率为l m W 。为简化计算，模拟时， 以两信道人1 _ 1 5 5 0 n m 和A 2 = 1 5 5 8 n m 分别代替在1 5 3 2 1 5 6 4 n m 间的1 7 信道假设1 5 5 0 n m 信道的传输功率 为1 m w 不变。在此情况下1 5 5 8 n m 信道的传输功率 为1 6 m W 并可计算出放大器各信道输出端需加入一 个6 5 2 d B 的衰减器以此均衡放大器的输出功率。 1 4 1 一级放大器的功率漂移 依据表l 的参数可得到当1 5 5 8 n m 的1 6 信道中 1 、4 、7 、1 0 、1 3 、1 6 个信道撤除时，1 5 5 0 n m 信道功率漂 移随时间的变化如图2 所示。 从图1 可以看出当一个1 5 5 8 n m 信道功率撤除 时1 5 5 0 n m 信道输出功率大约需0 0 9 m s 才能再次达 到稳定，此时信道的功率漂移约为0 2 5 d B ；当四个 1 5 5 8 n m 信道功率撤除时1 5 5 0 n I n 信道输出功率大约 需0 1 2 5 m s 才能再次达到稳定稳定时信道的功率漂 移约为1 6 d B ；当七个1 5 5 8 n m 信道的功率撤除时， 1 5 5 0 h m 信道输出功率大约需0 1 6 m s 才能再次达到稳 定，此时信道的功率漂移约为2 9 d B ，当1 6 个 兜龟信拽书2 0 1 3 年第6 期 图2 功率漂移随时间的变化 1 5 5 8 n m 信道的功率全部撤除时1 5 5 0 n m 信道输出功 率大约需0 2 5 m s 才能再次达到稳定稳定时的功率漂 移约为1 8 d B ；由此可得出：信道撤除数量越多某个信 道的传输功率再次达到稳定的时间越长功率漂移越 大。 1 4 2 级联链路的功率漂移 为模拟4 级级联链路的功率漂移首先做如下假 设：1 5 5 0 n m 信道的功率经通信线路衰减后。进入下 一级放大器的输入功率仍然为l m W 这时可计算出通 信线路的损耗为4 9 1 d B ；模拟时，设1 5 5 8 n i n 信道的 撤除数为8 个由此得到其进入第一级放大器的输入 功率为8 m W 并可计算出每一信道进入下一级放大器 前的总衰减为6 5 2 “9 1 = 11 4 3 d B 。本文得到级联放大 器的功率漂移如图3 所示。 时间( m s ) 图3 级联E Y D F A 链路的功率漂移 从图3 可以看出，随着级联放大器数量的增多， 与单级放大时的功率漂移相比较1 5 5 0 n m 信道功率漂 移呈现明显不同的变化，该变化的特征是：功率漂移 万方数据 骀圉 的最大值不是位于稳态值，而是首先达到振荡峰值 然后逐渐减小到稳态值。因此。可将级联放大器的功 率漂移划分成4 个区域【1 q ：初始线性区、峰值区、振荡 区和稳态区。从图3 还可以看出随着级联放大器数 量的增多，线性区功率漂移的斜率明显增大达到峰 值的时间越来越短。且漂移值越来越大( 最大值接近 4 4 d B ) 。出现该情况的原因是：当多信道中的若干信道 撤除后，剩余信道的功率减小较小的信号功率输入 反转粒子数处于饱和状态的放大器必然导致剩余信 道的功率出现漂移。由于功率漂移。进入下一级处于 饱和状态放大器的功率将增大较大的信号功率引导 上能级的反转粒子数更快跃迁最终导致线性区的斜 率随放大器的增多而增大 2 结束语 基于速率方程的“离散”算法对双包层E r 3 啊b ，+ 光纤放大器级联链路的功率漂移进行了分析。通过分 析，可得出以下结论：信道撤除数量越多，放大器再 次达到稳态的时间越长，功率漂移越大。随着级联 放大器数量的增多线性区功率漂移的斜率明显增 大，达到峰值的时间越来越短，且漂移功率峰值越来 越大。 彭靳，占生宝丁健，等：级联双包层E r 吖Y h “共掺光纤放大器的增益瞬态 参考文献： 【l 】魏伟，占生宝，陈校平，等双包层E r ”Y b 3 + 共掺光纤放大器功率漂 移及控制佣半导体光电，2 0 1 1 ，3 2 ( 2 ) ：4 4 - 4 6 【2 】杨智E D F A 瞬态增益特性控制方法【J 】光通信研究，2 0 0 7 ，( 2 ) ：6 3 6 6 【3 】B O N O N IA ，L E S L I EAR D o p e d - f i b e ra