Руководство по технологии и тестированию систем WDM - Жирар А.
Скачать (прямая ссылка):
ш
Ct
ф 40
ф 35 "
S зо-
25 20 15 10
Усиление слабых сигналов ...........
P спада P насыщения
Рис. 3.32 Коэффициент усиления EDFA в рабочей области является равномерным
Для входных сигналов с высоким уровнем мощности (для усилителя EDFA обычно >3 дБм) усилитель выходит на режим глубокого насыщения коэффициента усиления. Выходная мощность усилителя, равная входной, называется выходной мощностью насыщения (при которой коэффициент усиления равен 1).
В общем случае значения этих трех ключевых параметров усилителя - коэффициент усиления слабых сигналов, точка спада усиления (по уровню 3 дБ) и выходная мощность насыщения - меняются с длиной волны входного сигнала. Поэтому для получения всесторонней характеристики усилителя потребуется система, выполняющая измерения при разных входных мощностях и для целого ряда интересующих длин волн.
Для DWDM-приложений может потребоваться характеристика усилителя при насыщении коэффициента усиления одного из каналов. Усилитель вводится в режим насыщения по одному каналу, а далее измеряется усиление на длинах волн остальных каналов. Исследование во всем спектре рабочих длин волн выявляет спектральную зависимость измеряемого параметра. Можно также выполнить двусторонние измерения, чтобы определить так называемый коэффициент усиления слабых обратных сигналов при насыщении.
Коэффициент усиления перекрестного насыщения
Коэффициент усиления перекрестного насыщения определяется как изменение коэффициента усиления отдельного канала при изменении мощности, подаваемой на вход другого (других) канала, на определенную величину.
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
Равномерность коэффициента усиления
Равномерность коэффициента усиления определяется максимальным разбросом коэффициента усиления различных каналов при одной и той же входной мощности.
Зависимость коэффициента усиления от поляризации
Зависимость коэффициента усиления от поляризации PDG (Polarization Dependent Gain) определяется различием коэффициента усиления для различных входных состояний поляризации. На практике сканируют все возможные входные состояния поляризации, либо ограничиваются случайной выборкой состояний, и определяют наименьший и наибольший коэффициенты усиления.
Коэффициент усиления сигнала
Коэффициент усиления сигнала усилителя EDFA - это коэффициент усиления мощного сигнала, например, сигнала трафика, при котором усилитель обычно начинает переходить в режим насыщения. Это основной фактор, определяющий рабочую точку усилителя. В противоположность этому коэффициент усиления слабых сигналов практически никак не влияет на положение рабочей точки усилителя (см. рис. 3.32).
Профиль
Понятие профиль (кривая, характеристика) часто используют для выражения зависимости некоторого параметра, например, усиления, от длины волны. Например, усиление шума может быть выражено с помощью определенного значения (измеренного в дБ), в то время как профиль усиления шума описывает спектральную зависимость этого параметра.
Коэффициент усиления канала
Под коэффициентом усиления канала понимают усиление одного отдельного сигнала в системе DWDM. В общем случае коэффициент усиления канала будет разным для различных каналов и длин волн. Спектральная равномерность (или равномерность усиления) описывает изменение коэффициента усиления с длиной волны, иными словами наклон профиля коэффициента усиления, измеряемое в дБ/нм. Наклон профиля коэффициента усиления позволяет определить изменение коэффициента усиления при добавлении или удалении канала на заданной длине волны.
3.4.1 Усиленное спонтанное излучение
Основным источником шумов оптического усилителя является усиленное спонтанное излучение ASE. Вследствие широкополосности ASE в чем-то похоже на фоновый шум обычного звукового усилителя. На анализаторе оптического спектра можно обнаружить характерный для шумов фоновый пьедестал во всем наблюдаемом спектре. Это и есть спектр ASE. Усиленное спонтанное излучение приводит к появлению ВЧ-шумов в системе связи (т.е. высокочастотных шумов в электрическом сигнале на выходе приемника) с помощью механизма, который подробнее будет рассмотрен ниже.
Легированное ионами эрбия кварцевое волокно с оптической накачкой является усиливающей средой. В такой среде имеются три энергетических уровня, рис. 3.33. За счет
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
поглощения световой энергии генератора накачки ионы эрбия переходят с основного уровня N1 на возбужденный уровень N3, а затем постепенно безызлучательно переходят на метастабильный энергетический уровень N2. Переход с этого уровня в основное состояние (N2 — N1) с излучением фотонов на длине волны 1550 нм может быть как спонтанным, так и вынужденным.
N3_
Накачка (980 нм или 1480 нм)
Ni
121
R12
N2
Вынужденное излучение (1550 нм)
Рис. 3.33 Трехуровневая система типичного усилителя EDFA
Метастабильный уровень имеет относительно большое время жизни (около 10 мс). Следовательно, ионы эрбия могут оставаться в таком возбужденном состоянии продолжительное время, что приводит к возникновению инверсной заселенности. При возникновении инверсии происходит также спонтанное излучение отдельных атомов или ионов. В усиливающей среде усилителя EDFA (рис. 3.34) имеется определенная вероятность того, что фотоны излучения будут захвачены в соседних участках легированного волокна и вызовут излучение с возбужденного (инверсно заселенного) уровня. Этот процесс приводит к последовательному нарастанию (усилению) спонтанного излучения и называется усиленным спонтанным излучением ASE. Излучение ASE распространяется в обоих направлениях вдоль волокна.
