EDFA设计与性能参数分析及研究

丁晨璞

（汉口学院机电工程学院，湖北武汉430212）

0 引言

EDFA是我国光通信网络系统，或者有线电视网络系统中新的一项技术形式，具有明显的优势，例如：噪音相对较低，信号传输率高等方面优势。但是，由于光通信系统或者有限电视系统内部是存在着一定差异，因此EDFA技术在应用的过程中，一定对EDFA技术设计的相关内容进行明确，并且根据系统的差异，对EDFA技术设计性能参数进行调整，以此保证EDFA技术与光通信系统，以及与有限电视网络系统相符，提升了系统运行的稳定性。

1 EDFA技术分析

EDFA技术主要是将光信号直接在光域上将信号进行放大，并且在这个阶段中是不需要将信号转换的，这样不仅可以降低光通信系统运行的成本，对后期的维护也提供了相对便利的条件[1]。其实，EDFA技术在使用的过程中，会受到泵浦源的影响，其中所包含的物质主要是由低级转向高级。并且受到泵浦源强度的影响，其物质会呈现反转分布的模式，在这个时候，若是工作频带范围的信号光输入的时候，信号就会随之放大，保证系统运行的稳定性性，图1为EDFA技术结构。

2 EDFA技术设计分析

在EDFA技术设计的过程中，所包括的内容有很多，例如：掺铒光纤的长度、泵浦光功率、泵浦光源等方面，下面就对这几方面的具体设计内容，进行了简要的分析和阐述：

图1：为EDFA技术结构图Fig 1.EDFA technical structure diagram

2.1 掺铒光纤的长度

掺铒光纤的长度是EDFA技术设计中，非常重要的一项内容，主要是因为EDFA在放大输入光信号的时候，是存在中一个最佳信号长度，但是其长度若是偏长，其信号的稳定性就会相对较差[2]。因此，在EDFA技术设计的过程中，掺饵光纤长度设计是非常重要的一项内容，并且其长度主要是受到输入泵浦光功率、输入信号光功率、ASE功率、饵离子浓度等方面的影响[3]。同时，在设计的过程中，可以利用速率方程计算的方式，判断出掺饵光纤长度的最佳值，保证EDFA放大信号后的稳定性。另外，在EDFA技术设计的过程中，一定要了解信号稳定性和掺饵光纤长度之间的关系，在通过利用微分求导的计算方式，进行控制掺饵光纤长度。

2.2 掺铒光纤波导参数

EDFA技术中掺饵光纤波导参数设计需要考虑的内容有很多，例如：数值孔径、纤芯半径、截止波长、掺饵半径、剖面分布等方面[4]。但是，在实际设计的过程中，需要根据设计中的不同参数，以及特性进行调整，保证EDFA技术信号放大的稳定性，这对光通信系统的运行，起到了非常重要的作用和意义。

2.3 泵浦光功率

在EDFA技术设计的过程中，为了保证掺饵光纤上反转物质的准确性，那么就需要在掺饵光纤最佳长度中的某一个位置输出泵浦功率，并且该项功率一定要大于或者是等于局部粒子数反转的阀值泵浦功率，这样不仅仅保证了掺饵光纤的长度，也避免功率的消耗。

2.4 泵浦光源

泵浦光源是EDFA技术设计中，不可缺少的一项内容，在设计的过程中，一定要遵循以下几个方面：

泵浦光源发射波长应当与掺饵光纤峰值处于一致的状态，并且在一定程度上提升输出功率，避免产生任何异常的现象。但是，在设计的过程中，应当对噪声系数、信号稳定性等方面进行重点考虑。就以980nm的泵浦源为例，在非饱和区域的稳定系数，泵浦效率、噪声系数等方面，进行有效的控制，这样主要是保证泵浦源符合光通信系统运行的需求[5]。但是，若是泵浦源为1480nm的话，一定要采用输出功率放大器，避免信号发生丢失的现象，影响了光通信系统的运行。

3 EDFA性能参数研究分析

EDFA性能参数研究和分析，主要是针对设计的各项数据进行调整，避免在后期使用的过程中，产生不必要的影响。下面就对EDFA性能参数研究的相关内容，进行了简要的分析和阐述：

3.1 增益和增益系数分析

增益是EDFA性能参数研究和分析中的一个重要条件，然而EDFA将信放大的目的就是提高增益性，增益主要是指信号和输入信号之间所产生的比值[6]。同时，若是这些功率利用对数的方式进行表达，那么通过增益就可以看出两个信号之间比值的差异，其具体的表达公式为：，其中Pout是指放大器输出端的连续信号功率，Pin放大器输入端的连续信号功率，G是两者之间的关系。另外，在EDFA增益系数计算的过程中，可以利用该项方程：，但是在计算的过程中，光纤放大所用到的光纤相对长，由此来说增益指数是随着光纤长所产生变化的。同时，将g（z）在光纤长度上的进行积分的始端功率为：pin，充分展现了增益与增益系数之间的关系的。

3.2 增益饱和和输出功率之间的关系

EDFA在信号放大的过程中，会消耗大量的输出功率，随之增益系数就会有所下降。但是，若是EDFA信号放大的时候，若是增益下降到峰值增益二分之一的时候，那么所输出的功率也叫做饱和功率，这是EDFA性能参数调整和优化的一个重要方面，Psout为饱和功率，例如：图2所示。

图2：Psout变化分析图Fig 2.Psout change analysis diagram

同时，增益饱和和输出功率之间参数分析的过程中，可以利用三能级速率方程模型，并且在必要的时候需要进行相应的调整，这样可以在最大程度上保安增益饱和和输出功率之间参数的准确性。同时，在研究和分析的过程中，应当将泵浦、信号和原子能级的轴向变化作为重点考虑对象，并且利用耦合方程组对增益饱和和输出功率之间参数进行计算，这样主要是保证EDFA放大信号的稳定性[7-10]。另外，在参数研究和分析的过程中，对给定放大器长度L，其增益就会随着泵浦功率上涨，并且若是功率超过所限制的长度，这样就会影响EDFA放大信号的增益和稳定性。因此，一定要给泵浦功率一个最佳长度数值，这样放大器长度L超过最佳时的增益，就会随之下降，以此保证EDFA放大信号的增益和稳定性。

4 结束语

综上所述，本文从不同角度、不同程度等方面，对EDFA设计和性能参数的一些相关内容，进行了简要的分析和阐述，其主要的目的就是保证EDFA的放大信号的稳定性，避免产生不必要的误差，也为光通信系统以及有限电视网络系统的运行，提供了重要的支持。

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