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光放大器(OA)及其参数的概念

浏览:15099  来源:通信人在线  日期:2018-08-11

光放大器(OAOptical Amplifier)的功能是提供光信号增益,以补偿光信号在通路中的传输衰减,增大系统的无中继传输距离。

一、OA的分类

1、根据OA的制作材料分类

ITU-T建议G.661《光放大器装置和子系统相关通用参数的定义和试验方法》的“范围”一章中指出:本建议适用于所有商用光学放大器(OAs)、光学放大子系统和包含OAs的光学网络元件。它适用于使用光学泵浦光纤(基于掺杂稀土光纤或拉曼效应的)OFAs、半导体光放大器(SOAOptical Semiconductor Amplifier)和平面光波导放大器(POWAPlanar Optical Waveguide Amplifier)的OAs

对于光学泵浦光纤放大器(OFA),又分为用铒离子掺杂的光纤作为有源光纤的掺饵光纤放大器(EDFAErbium-Doped Fiber-Amplifier)和基于光纤中受激喇曼散射效应(SRS)并以传输光纤、色散补偿光纤或高非线性光纤作为增益介质的喇曼光纤放大器(RFARaman Fiber Amplifier)。这类放大器目前在光纤通信系统中应用较为广泛,尤其是在波分复用(WDM)系统中。

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2、根据在光通信系统中的位置分类

根据在光通信系统中的位置,主要分为3种:在发送端OA可用在发端机的后面作为系统的功率放大器(BABooster Amplifier),用于提高系统的发送光功率。在接收端OA可用在光接收端机之前作为系统的预放大器(PAPreamplifier),用于提高信号的接收灵敏度。OA作为线路放大器时可用在无源光纤段之间,以补充光纤损耗,延长中继长度,称为线路放大器(LALine Amplifier)。这种位置用途的应用尤其是在WDM系统中使用较多。

3ITU/IEC的分类方法

ITU-T建议G.661中规定,根据所使用的技术和OA本身的使用情况,定义了不同的OA应用分类(等级)。在IEC/TR 61292-3中也给出了光放大器技术的同样分类。这些类别由一位大写字母、一位数字和一位小写字母标识。

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二、OA参数定义

1ITU-T的定义

ITU-T G.66107/2007)中,给出了光放大器(OA)参数的定义。它包括两部分:第一部分列出了与OA装置相关的参数,即功率的如预置(pre)、线路(line)和分布(distributed)放大器和包含OAs的包含OAs的光网络元素(ONEs);第二部分列出了光放大器、基本子系统的相关参数,即光放大发射器(OAT)和光学放大接收器(OAR)。关于第一部分OA装置和包含OAs的光网络元素方面,一共定义了70个参数的概念。第二部分OA子系统其定义的方面和数量的统计详见下表2-1

2-1ITU-T定义的OA子系统参数统计

2、我国相关标准的定义

事实上,我国有关OA,特别是OFA方面的规范标准,不论是国家标准还是通信行业标准,都给出了相应的有关参数的术语与定义,结合该标准的需要。这些参数的定义也是参照ITU-T G.661建议中的。如在我国国家标准GB/T 16849-2008《光纤放大器总规范》中的第3章《术语与定义》,就定义一百多个相关参数。

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我国标准虽然参照了ITU-T G.661建议的参数定义,但有些参数的定义也不尽相同。例如关于OA的噪声指数(NF),ITU-T G.661定义NF为具有单位量子效率的光检测器输出端信噪比的减小。请注意,G.661的这一定义方式需要解释(给出了5个备注)。但在YDN 120-1999《光波分复用系统总体技术要求》中定义的光放大器的NF为:散弹噪声信号通过OA传输引起的具有特定量子效率光检测器输出端信噪比降低,即输入端信噪比与输出端信噪比的分贝比。用公式表示如下:

NF =(输入信号光功率/输入光噪声功率)/(输出信号光功率/输出光噪声功率)

OA的噪声来自不同的方面,如:信号-ASE差拍噪声、ASE-ASE差拍噪声、内部反射噪声、信号散弹噪声、ASE散弹噪声,每种来源的大小与不同的条件有关。该参数对于系统性能、特别是整个光链路光信噪比(OSNR)有重要影响。

信噪比的退化是因为放大器在给予输入信号和噪声以大致相同放大的同时,放大器本身又添加进了新的噪声。其实任何放大器都表现出S/N的退化,因为任何放大器都是一个噪声源。由于光信噪比只有通过O/E变换后才能观测,所以又牵连到光检测器。但是光放大器的NF要排除光检测器的噪声贡献,不过G.661的上述定义终究还是没有把问题讲透彻,因为单位量子效率的PD虽然可排除雪崩噪声,还存在散粒噪声。对于喇曼光纤放大器中各种噪声干扰因素详见下表2-2

表2-2:喇曼光纤放大器中各种噪声干扰

三、OA的测试方法

ITU-T G.661建议中,给出的光放大器(OA)的其绝大多数参数的测试方法(TMTest Methods),是遵守国际电工委员会(IEC)的基本规范IEC 61290系列的。G.661建议中的表1给出了参数的分组及相对应的IEC规范的测试方法名称。这里下表3给以了示例。

3OA参数测试方法对应的IEC文件号示例

上述相关OA介绍是依据于ITU-T G.661建议,若要详细了解该建议书具体内容的请查阅下附件3

附件3ITU-T G.66107/2007)《光放大器装置和子系统相关通用参数的定义和试验方法》

四、OA的应用

ITU-T G.663建议中涵盖了光放大器(OA)设备和子系统的应用相关方面,主要是用于数字系统的。OA工作在1550nm区域,或1310nm区域,或其他波长区域也包括在内。应用包括单通道和多通道系统,用于点对点和点对多点配置,用于长距离网络和光学接入网等。在ITU-T G.663建议中给出了OA装置及子系统的9方面具体应用,列表于下表4中。若要详细了解ITU-T G.663建议书具体内容的请查阅下附件4

4OA装置及子系统的9方面具体应用

附件4ITU-T G.66304/2011)《光放和子系统的应用相关方面》

五、相关OA方面的标准

1ITU-T的建议

关于直接针对光放大器(OA)方面,ITU-T的建议书目前主要有G.661~G.663G.665等。包括了OA的分类(等级)、参数定义、通用特性、应用和测试方法等,其G.665专门规定了喇曼光纤放大器(RFA)的通用特性。

2、我国的标准规范

由于光学泵浦光纤放大器(OFA)使用的非常广泛,因此,我国国家标准针对OFA给出了相应的技术要求和测试方法光标准规范,包括掺饵光纤放大器(EDFA)和喇曼光纤放大器(RFA)。当然我国也有相关OFA的通信行业标准。

欲详细了解相关我国OFA标准情况的请进入OFA国家标准情况EDFA通信行业标准情况

在光波分复用(WDM)系统中,根据不同使用位置的OA(包括BAPALA)的参数指标要求主要是由我国通信行业标准(各类WDM系统)所规范的。

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