拉曼放大ase噪声对catv系统载噪比影响的研究

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1、第17卷增刊2006年6月光电子·藏*JournalofOptoelectronics·Laser拉曼放大ASE噪声对CATV系统载噪比影响的研究顾靓博，王春华(上海大学通信与信息工程学院200072)摘要：首次理论分析了前、后向泵浦的拉曼放大器应用于CATV系统中对CNR(载噪比)特性的影响。首先导出采用拉曼放大器时系统CNR的解析解，然后分别对单级拉曼和单级EDFA(掺铒光纤放大器)放大系统，以及多级EDFA与拉曼放大器级联混合放大的长距离系统的CNR指标进行了数值计算及讨论。计算结果表明，采用后向泵浦拉曼放大器，由于ASE(放大的自

2、发辐射)产生在链路后部，导致系统CNR指标劣化。而采用前向泵浦拉曼放大器与采用EDFA的系统相比，相同增益条件下，系统的CNR有4dB的改善。关键词：拉曼放大器；掺铒光纤放大器；有线电视；载噪比；放大的自发辐射1引言目前的长距离(>100km)1550nm波长光纤CATV系统中，主要采用EDFA放大来实现长距离传输。为满足系统的功率预算，都采用EDFA级联方式。级联放大产生的噪声积累，会导致CNR的严重下降，使其成为系统CNR恶化的主要来源。对此，改善的方法主要是选择ASE噪声较小的EDFA，或者对系统进行功率管理，如提高EDFA输入端光

3、功率等措施。但受量子效率的限制，ED—FA的噪声系数不低于3dB，而提高EDFA输入端功率又会要求提高增益值或限制每段链路长度，导致EDFA数目增加。并且放大后进入光纤的光功率还受光纤受激布理渊散射(SBS)及其它非线性效应的制约，因而不能太大。因此如何改善CNR指标，选择什么样的光放大器，如何设计实现长距离CATV系统一直是该领域的研究热点。拉曼放大器的分布放大的最大优点就是光纤中信号光功率密度大大下降，由此可以减少色散与非线性效应，尤其在特殊的长距离系统中更是如此。文献[1]的研究表明了拉曼放大对改善系统组合二阶失真(CSO)有着非常

4、明显的优点。另外，拉曼放大器的噪声系数小，因此进一步深入研究在AMVSB(残留边带调幅)CATV系统中使用分布的拉曼放大时的CNR性能是十分必要的。2理论推导在光纤CATV系统中，CNR，CSO和三阶差拍((、TB)是评定系统性能的主要指标。其中，CTB的恶化主要来源于调制器的非线性，而由光纤色散及非线性导致的分量很小，可以忽略[2‘3】。CSO指标的劣化来源主要有调制器的非线性、传输链路中的传输光纤以及放大器等子系统的色散和非线性效应。CNR则与光源、接收机的噪声、光纤传输距离、光纤损耗、及光纤链路中各种有源器件(如光放大器等)的噪声有

5、关。在CATV系统中，CNR主要来源于光源相对强度噪声(RIN)、光电探测器的量子噪声及接收机前置放大噪声、光纤链路中的光放大噪声、传输中各种非线性引起的信道间交调等。其中，来自光纤传输链路的主要噪声来源是链路中的光放大器的ASE噪声和光纤的双瑞利背向散射(DRB)噪声，两种噪声物理机制不同，其中ASE占主要地位。系统的总CNR可表示为I9上一!+!+!+!CNRCNR^僻J‘CNRE。CNRsH’CNRRJN(1)其中CNRA。。可以表示为凹]cNR。。，一昙竺≥鱼一丢竺掣一厶dASE厶tTASE≠旦掣(2)盯岛gASE十盯她EASE其

6、中，盯盖。B删，盯；，。。。。分别为光放大器的ASE与信号光的差拍噪声功率和ASE之间的差拍噪声功率，P，为接收机接收到的信号光功率，R为光电转换效率，m为信道调制系数。在一般光纤传输系统中，只考虑ASE噪声和信号光时，到达接收机的光场可表示为EE—E。。+E。。(3)其中E。、E。分别为信号光场和ASE噪声的光场。因此接收机的总光电流为J∑一[(E。。+E。。)(E。。+E。)”]R—rE。。E品+E。E：。-4-2E。。E。lcos(口庐)]R(4)式(4)中的第一项为要接收的信号光电流，第二项为ASE之间的差拍噪声功率，第三项为AS

7、E与信号光之间的差拍噪声。AM—VSB调制的CATV系统中单个信道的信号光电场(复数形式)可表示为E。。一~／p(1一．广mcosQt)exp(rioot-4-妒)(5)其中，P为人光纤功率，n为某个载波信道频率，w。为光载波频率，m为发射端射频信号的电调制系数。将信号光带宽B。内的ASE噪声光谱分割为2M个窄带光源，其光场可以表示为既，2√舄要ex刚‰。+2，rkA们计∽)(6)其中，P。为信号光谱宽内的ASE总功率，△V为小的频率区段．2M×△V—B。，丸是初始相位。设ASE为广义稳态的随机过程，且妣为在Eo，2兀]区间内呈均匀分布的

8、随机变量。推导可得差拍噪声电流为J一。。一rE。。E茹+E。。E：。]R一2R√P(1+mcOsQ￡)舄善cos(2苁△优+丸+P)(7)因而可导出ASE与信号之问的差拍噪声功率为0．⋯2。掣