[发明专利]低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法

说明书

本发明提供一种低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法，中间级损耗IL的变化量ΔIL(λ)设计成和波长相关，定义了ΔTilt：ΔTilt＝ΔIL_line(λ_n)‑ΔIL_line(λ₀)，ΔTilt会引起GT变化，其变化量为ΔGT₁。外部增益保持不变时，中间级损耗IL的变化导致GT变化，其变化量为ΔGT₂。当ΔGT₁+ΔGT₂＝0时，GT即保持不变。当ΔTilt<0时，随着的增益的减小，在GT保持不变、GR无明显劣化的情况下，噪声指数NF可得到优化。

技术领域

本发明涉及一种掺铒光纤放大器(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier)，尤其是一种增益可变掺铒光纤放大器(VGEDFA:Variable Gain EDFA)的设计优化方法。

背景技术

EDFA是20世纪90年代开始在光纤传输系统中应用的新型器件，铒离子经过激活，在C‐band窗口可以将数字信号、模拟信号等光信号进行全光放大，而且对码型和速度都是透明的，EDFA的推广应用为光纤通信技术带来了一场革命。

EDFA既可单独放大一个波长或信号，也可以同时放大多个波长或信号，其放大过程是透明的，同时还具备高增益、高输出功率、低噪声指数、宽带宽、偏振无关、温度相关性小等优点。在大部分的传输领域，特别是长距传输干网中，EDFA的使用使得光信号直接在光域进行放大，无须转换为电信号进行处理，即实现全光中继代替光‐电‐光中继。目前EDFA已成为现代光通信系统中不可缺少的关键部件。

EDFA按照不同的标准有不同的分类，比如按照使用的波长数量，可分为单波EDFA及多波EDFA。按照EDFA所处的功能位置可分为功放、预放、线放。按照控制方式可分为自动功率控制、自动增益控制等。对于自动增益控制的EDFA，根据增益是否可变，分为固定增益放大器(FGEDFA：Fixed Gain EDFA)及可变增益放大器(VGEDFA)。

VGEDFA中，引入了可变衰减器(VOA：Variable Optical Attenuator)，保持内部有效增益不变，调整VOA的衰减量，间接改变外部增益。VGEDFA由于增益范围可调，可应用于不同距离的传输系统，可以代替不同型号的FGEDFA，故可以减少产品型号，方便管理及系统搭配。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法，通过设计特定的中间级损耗随波长的变化趋势，VGEDFA在保持增益谱不变或基本不变的条件下，获得更优的噪声指数NF(Noise Figure)。本发明采用的技术方案是：

本发明中除特别说明，均为对数单位的公式；以二级放大器为例，对于VGEDFA，

波长λ对应的内部增益为：

G'(λ)＝G₁(λ)+G₂(λ) (1)

G₁(λ)为波长λ对应的第一级放大器增益，G₂(λ)为波长λ对应的第二级放大器增益；

波长λ对应的外部增益为：

IL(λ)表示波长λ对应的中间级损耗；

外部平均增益G为：

其中，G和G’分别表示外部平均增益、内部平均增益，G₁表示第一级放大器平均增益，G₂表示第二级放大器的平均增益，IL表示中间级平均损耗；

多波长放大时，引入GR及GT，其中GR表示增益波动，GT表示增益斜率；数学公式如下：