Руководство по технологии и тестированию систем WDM - Жирар А.
Скачать (прямая ссылка):
Z Z+AZ
Излучение ASE в обратном направлении
Оптическая накачка
Излучение ASE
в прямом направлении
Спонтанное излучение
Рис. 3.34 Каждый малый участок волокна (z, z+Az) порождает усиленное спонтанное излучение ASE в прямом и обратном направлениях
Измерив, уровень шума Nin (к) во входном сигнале и уровень полного шума Nout (к) в
сигнале на выходе усилителя, можно найти мощность излучения ASE из следующего уравнения:
NoUt (к) = N1n (к) • G + p
ASE
При спаде или насыщении коэффициента усиления вклад излучения ASE невелик. Коэффициент усиления определяется просто как отношение мощностей на выходе и входе без учета усиленного спонтанного излучения (см. рис. 3.35).
GD-
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
Вых (Out)
1526 152В 1530 1532 1534 1536 1538 ДлиНЭ ВОЛНЫ
Рис. 3.35 Измерение различных уровней мощности позволяет определить значение ASE и коэффициент усиления в линейном режиме
3.4.2 Шум-фактор
Шум-фактор NF (Noise Figure) определяется как ухудшение отношения сигнал/шум после прохождения сигнала через оптический усилитель. В этом вопросе часто возникает путаница. Используемое здесь отношение сигнал/шум определяется путем детектирования информационного сигнала, а не через отношение мощностей оптической несущей к сопутствующему излучению ASE, наблюдаемых на анализаторе оптического спектра.
На ухудшение отношения сигнал/шум могут влиять несколько процессов:
• дробовой шум;
• спонтанно-спонтанный шум биений (гетеродинный шум);
• сигнал-спонтанный шум биений (гетеродинный шум);
• интерференционный шум;
• дополнительные шумы (шумы источника)
Первый источник шума - дробовой шум - есть неизбежное проявление дискретной природы света. Он возникает из-за случайных флуктуаций времени прибытия фотонов, составляющих сигнал, или, более точно, из-за флуктуаций количества рождаемых электронов на фотодетекторе. Дробовый шум по своему характеру "белый", т.е. имеет равномерный спектр. В большинстве приложений поток фотонов N настолько высок, что можно пренебречь флуктуациями порядка N12 (среднеквадратичный разброс распределения Пуассона).
Между сигналами усиленного спонтанного излучения ASE в полосе частот амплитуд-но-модулированного сигнала возникает спонтанно-спонтанный шум биений (ASE-ASE шумы биений, называемые иногда гетеродинным шумом), дающий вклад в шум-
1 Следует отметить, что в оптическом усилителе на заданной длине волны (А, 0 на рисунке 3.35) возникает вынужденное излучение, которое имеет ту же фазу и направление, что и полезный входной сигнал. Вынужденное излучение и обеспечивает усиление входного сигнала, прим. ред. перевода.
_ГЛАВА 3
фактор. Так как шумы ASE уменьшаются с увеличением выходной мощности или при приближении к насыщению коэффициента усиления, то этими шумами в усилителях мощности обычно пренебрегают. Однако спонтанно-спонтанный гетеродинный шум в предусилителях без узкополосных фильтров, может оказаться существенным.
Гетеродинный шум возникает при биении двух некоррелированных, сигналов с близкими частотами. В усилителе EDFA каждый частотный интервал излучения ASE (например, шириной в 1 Гц) может взаимодействовать с излучением соседних интервалов, вызывая интерференцию, примерный спектр которой показан на рис. 3.36. Использование узкополосных оптических фильтров позволяет устранить возникновение данного вида шумов для всех приложений.
Рис. 3.36 Образование спонтанно-спонтанного гетеродинного шума; серые столбики показывают различные вклады в шумы усиленного спонтанного излучения ASE других соседних шумовых источников излучения ASE
Сигнал-спонтанный гетеродинный шум (ASE-гетеродинный шум) возникает при смешении сигнала гетеродина с существенно белыми шумами излучения ASE. Так как частота биений сигнала с окружающими шумами излучения ASE оказывается внутри полосы частот несущей, промодулированной полезным сигналом, то данные шумы нельзя подавить в сигнале ни оптическим, ни электрическим фильтрами. Поэтому их измерение становится важным и включается в характеристики шум-фактора большинства усилителей EDFA.
Шум-фактор NF (измеряется в дБ), обусловленный сигнал-спонтанным гетеродинным шумом, можно определить по мощности PASE на длине волны сигнала Кc (на рис. 3.37 PASE расположено ниже мощности сигнала), коэффициенту усиления G и измеренной ширине полосы B (в герцах) следующим образом:
NF = 101g Pase (К c)
Так как сигнал-спонтанный гетеродинный шум невозможно отфильтровать в отличие от спонтанно-спонтанного гетеродинного шума, то шум-фактор усилителя обычно определяется на основе этого механизма.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
Рис. 3.37 Шум-фактор определяется через измеренную спектральную плотность излучения ASE на пиковой длине волны сигнала
3.4.3 Шумы многолучевой интерференции
Многолучевая интерференция MPI (MultiPath Interference) возникает из-за небольших внутренних отражений в усилителе EDFA, которые могут ухудшить его рабочие характеристики. Из-за большого коэффициента усиления эти отражения могут оказать серьезное и непредсказуемое воздействие (эффект паразитного резонатора), которое и проявляется в спектре относительной интенсивности шума RIN в виде множественных, беспорядочных пиков. Так как на этапе производства усилителей EDFA слишком трудоемко анализировать обратные отражения, возникающих в местах сращивания волокон, соединителях и т.п., то влияние MPI на усилители измеряют уже после их изготовления. Рассмотренные ранее методы определения шум-фактора не подходят для измерения шумов многолучевой интерференции. Для этих целей используют метод вычитания относительной интенсивности шума. Для большинства приложений многолучевая интерференция в усилителях является недопустимой. Шум-фактор MPI оптического усилителя определяется по следующей формуле:
