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掺铒光纤放大器EDFA在HFC网络中的应电焊机

2022-07-14

掺铒光纤放大器(EDFA)在HFC络中的应用

一、概述

在有线电视系统传输距离不太长时,我们根据同轴电缆的特性,采用分支分配结构就能构成较为经济的电视电缆系统,而在有线电视传输距离较远、范围较大时,我们通常采用光缆、电缆组合搭建HFC络,在HFC络的光纤部分我们也可利用 分支器件来搭建成本较低的系统。实际应用中,我们通常采用光分支来实现同一光源带更多的光节点,同时为使光信号传输距离更远,必须对光信号进行放大,以补偿光分支损耗和光纤损耗。解决这一问题的传统方法是采用光电中继器,而这种光/电/光的变换和处理方式已满足不了现代通信传输的要求。掺铒光纤放大器直接对光信号进行放大,无需转换成电信号,并且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性4、拉力实验机滚珠丝杠:与系统比特率、数据格式无关等特点,因此它已成为现代光通信系统的关键器件之一,因而在有线电视HFC系统中格外受到青眯。

二、EDFA的工作原理

当供给激光媒体能量使其处于激励状态时,即会产生光的受激辐射现象,如果能满足使受激辐射持续进行的条件,并用输入光去感应,则能得到比其强的输出光,从而起到放大作用。

EDFA的放大作用是通过1550nm波长的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+(铒离子)相互作用产生采取1般丝杠和梯形丝杠就能够到达软包装所要求的精度的。掺铒光纤中的Er3+所处的能量状态是不能连续取值的,它只能处在一系列分立的能量状态上,这些能量状态称为能级,当Er3+在未受激励的情况,处在最低能级即基态E1

铒的能级图(一)

在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光,就可以将大部分处于基态E1离子抽运到高能态E3上,处于E3的Er3+离子又迅速无辐射的转移到亚稳态E2上。Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长,由于连续地泵浦,E2粒子数不断增加,从而实现E1与E2粒子数反转,即处于E2的粒子比E1的粒子数多。当信号光子通过掺铒光纤时,与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,E2的Er3+离子跃迁到E1,并产生和入射信号光中的光子完全相同的光子(即频率、相位,传播方向、偏振态相同)从而大大增加信号光子的数量,实现信号放大作用。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度,使EDFA的放大效应具有一定波长范围,其典型值为1530~1570nm。Er3+离子处于E2时,除了发生受激辐射和受激吸收(基态Er3+离子吸收信号光子,跃迁到E2)以外,还要产生自发辐射,自发地从E2跃迁到E1,并发射出1550nm波长的光子,这种光子与信号光不同,它构成EDFA的噪声。如果EDFA的输入光功率较低时,自激辐射较强会产生较大的噪声。

三、EDFA的基本结构

EDFA一般由五个基本部分组成,即掺铒光纤(EDF),泵浦光源(pump-LD),光无源器件(包括耦合器、光波分复用器、光纤连接器、隔离器),控制单元、监控接口。

结构方框图(二)

光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起,一般采用波分复用器实现。光隔离器的作用是抑制光反射,以确保光放大器工作稳定,它必须是插入损耗低,与偏振无关、隔离度优于40dB。光滤波器的作用是降低自发辐射产生的噪声对系统的影响。控制单元对光纤放大器的工作实时控制,并由监控单位提供工作状态信息。

四、EDFA特性及对系统的影响

EDFA的增益与诸多因素有关,如光纤中掺铒Er3+的浓度有关,如图(三) 所示,当Er3+的浓度超过一定值时,增益反而降低,要控制好铒的浓度。

图三 掺铒浓度与增益关系

EDFA的增益跟输入光的程度、泵浦光功率及掺铒光纤长度都有关系,如图(四)表示了EDFA的输入输出饱和特性,表示小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。当输入光弱时,高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的供应,因而,感应辐射就能维持达到相当的程度。当输入光变弱时,由于高能位的电子供应不充分,感应辐射光的增加变少,于是就出现饱和。泵浦光功率越大,掺铒光纤越长,3db饱和输出功率也就越大。

采用EDFA后,提高了注入光纤的功率,但当大到一定数值时,将产生光纤非线性效应和光泄漏效应,这影响了系统的传输距离和传输质量,另外色散问题变成了限制系统的突出问题,可以选用G.653光纤(色散位移光纤DSF)或非零色散光纤(NZDF)来解决这一问题。

五、EDFA的应用

在CATV系统中,EDFA应用形式很灵活,EDFA用在前端光发射机输出端,提高发送功率,延长传输距离;用在光纤传输链路中,补偿光能量的损失,可增加传输距离;用在光接收机前,对信号进行预放,从而大大提高光接收机的接收灵敏度。

图五是濮阳市有线广播电视台在市县连中应用EDFA的实例。

图五 濮阳市县联拓扑图

由于范县、台前距离总前台分别为55km、100km,链路损耗太大,必须在范县新区进行中继,因此,系统采用功率放大和放大两个EDFA补偿光分支损”据介绍耗和光链路损耗。系统指标符合国家标准C/N>50dB CSO>65dB OTB>65dB。该系统的成功建设,使络规模覆盖范围大大增加,方便了各项业务的开展,为本台也带来了丰厚的回报。本系统基本光路基本参数见表(一)表(一)本系统光路基本参数

光发射机输出功率8.96dbm,前端EDFA输出功率19.31dbm,中继EDFA输出功率13.8dbm。

图六是濮阳有线广播电视台在市区CATV中应用EDFA的计划。

濮阳有线台拥有十万用户,每个光接点带500户,需要200个光接收机,若1310nmCATV发射机,输出光功率为16mW(价格为15万元),则需要14台发射机,发射设备总价格210万元;而用1550nmCATV系统(如图六)需要:1550nmCATV发射机,发射功率4mW(价格为30万元)一台,输出光功率为50mW的EDFA(价格为15万/台),用五台EDFA,则发射设备总价格为105万元,两方案相差1倍,1550nm发射系统的成本仅为1310nm发射系统的50%。由于光缆在1550nm波长的衰耗只有1310nm波长的57%,因此在发射具有相同的发射总功率的情况下,1550nm波长的发射设备比1310nm的设备能传输更长的距离,带更多的光接收机。在大中型CATV中,应用的EDFA的1550nm波长的CATV系统具有明显的性能价格材料实验机比优势,是目前CATV发展的主流。 (end)

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