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在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光

浏览次数: 日期:2018-06-19 20:32

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  HFC即Hybrid Fiber-Coaxial的缩写,是混合光纤同轴电缆网。是一种发展前景广阔的通信技术,电信服务商现在对HFC表现出浓厚的兴趣。对有些电信服务供应商来说,采用HFC技术向居民住宅和小型商务机构提供融合了数据和视频服务的综合服务具有相当大的诱惑力。与此同时,HFC还为网络营造企业提供了众多的发展机会。但是,这一技术目前还存在一些设计缺陷,网络的建设和部署成本也非常昂贵。

  在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光,88必发国际官网:就可以将大部分处于基态E1离子抽运到高能态E3上,处于E3的Er3+离子又迅速无辐 射的转移到亚稳态E2上。Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长,由于连续地泵浦,E2粒子数不断增加,从而实现E1与E2粒子数 反转,即处于E2的粒子比E1的粒子数多。当信号光子通过掺铒光纤时,与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应,E2的Er3+离 子跃迁到E1,并产生和入射信号光中的光子完全相同的光子(即频率、相位,传播方向、偏振态相同)从而大大增加信号光 子的数量,实现信号放大作用。Er3+离子的亚稳态和基态具有一定的宽度,使EDFA的放大效应具有一定波长范围,其典型值 为1530~1570nm。Er3+离子处于E2时,除了发生受激辐射和受激吸收(基态Er3+离子吸收信号光子,跃迁到E2)以外,还要产 生自发辐射,自发地从E2跃迁到E1,并发射出1550nm波长的光子,这种光子与信号光不同,它构成EDFA的噪声。如果EDFA的 输入光功率较低时,自激辐射较强会产生较大的噪声。

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  HFC既是一种灵活的接入系统同时也是一种优良的传输系统,HFC把铜缆和光缆搭配起来,同时提供两种物理媒质所具有的优秀特性。HFC在向新兴宽带应用提供带宽需求的同时却比FTTC(光纤到路边)或者SDV(交换式数字视频)等解决方案便宜多了,HFC可同时支持模拟和数字传输,在大多数情况下,HFC可以同现有的设备和设施合并。

  EDFA的增益与诸多因素有关,如光纤中掺铒Er3+的浓度有关,如图(三) 所示,当Er3+的浓度超过一定值时, 增益反而降低,要控制好铒的浓度。

  当供给激光媒体能量使其处于激励状态时,即会产生光的受激辐射现象,如果能满足使受激辐射持续进行的条件,并用 输入光去感应,则能得到比其强的输出光,从而起到放大作用。 EDFA的放大作用是通过1550nm波长的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+(铒离子)相互作用产生的。掺铒光纤中的Er3+所 处的能量状态是不能连续取值的,它只能处在一系列分立的能量状态上,这些能量状态称为能级,当Er3+在未受激励 的情况,处在最低能级即基态E1

  由于范县、台前距离总前台分别为55km、100km,链路损耗太大,必须在范县新区进行中继,因此,系统采用功率放大 和在线放大两个EDFA补偿光分支损耗和光链路损耗。系统指标符合国家标准C/N50dB CSO65dB OTB65dB。该系统的成 功建设,使网络规模覆盖范围大大增加,方便了各项业务的开展,为本台也带来了丰厚的回报。本系统基本光路基本参数 见表(一)

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  HFC具备强大的功能和高度的灵活性,这些特性已经使之成为有线电视(CATV)和电信服务供应商的首选技术。由于HFC结构和现有有线电视网络结构相似,所以有线电视网络公司对HFC特别青睐,他们非常希望这一利器可以帮助他们在未来多种服务竞争局面下获得现有的电信服务供应商似的地位。

  HFC网络能够传输的带宽为750MHz~860MHz,少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见,其中5~42/65MHz频段为上行信号占用,50MHz~550MHz频段用来传输传统的模拟电视节目和立体声广播,650MHz~750MHz频段传送数字电视节目、VOD等,750MHz以后的频段留着以后技术发展用。

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  HFC的主要特点是:传输容量大,易实现双向传输,从理论上讲,一对光纤可同时传送150万路电线套电视节目;频率特性好,在有线电视传输带宽内无需均衡;传输损耗小,可延长有线公里内无需中继放大;光纤间不会有串音现象,不怕电磁干扰,能确保信号的传输质量。同传统的CATV网络相比,其网络拓扑结构也有些不同:第一,光纤干线采用星形或环状结构;第二,支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构;第三,整个网络按照光结点划分成一个服务区;这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。随着数字通信技术的发展,特别是高速宽带通信时代的到来,HFC已成为现在和未来一段时期内宽带接入的最佳选择,因而HFC又被赋予新的含义,特指利用混合光纤同轴来进行双向宽带通信的CATV网络。

  EDFA的增益跟输入光的程度、泵浦光功率及掺铒光纤长度都有关系,如图(四)表示了EDFA的输入输出饱和特性,表 示小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。当输入光弱时,高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的 供应,因而,感应辐射就能维持达到相当的程度。当输入光变弱时,由于高能位的电子供应不充分,感应辐射光的增加变少 ,于是就出现饱和。泵浦光功率越大,掺铒光纤越长,3db饱和输出功率也就越大。

  光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起,一般采用波分复用器实现。光隔离器的作用是抑制光反射,以确保光 放大器工作稳定,它必须是插入损耗低,与偏振无关、隔离度优于40dB。光滤波器的作用是降低自发辐射产生的噪声对系 统的影响。控制单元对光纤放大器的工作实时控制,并由监控单位提供工作状态信息。

  HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成,从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输;到用户区域后把光信号转换成电信号,经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于,在干线上用光纤传输光信号,在前端需完成电—光转换,进入用户区后要完成光—电转换。

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  采用EDFA后,提高了注入光纤的功率,但当大到一定数值时,将产生光纤非线性效应和光泄漏效应,这影响了系统的传 输距离和传输质量,另外色散问题变成了限制系统的突出问题,可以选用G.653光纤(色散位移光纤DSF)或非零色散光纤 (NZDF)来解决这一问题。

  在CATV系统中,EDFA应用形式很灵活,EDFA用在前端光发射机输出端,提高发送功率,延长传输距离;用在光纤传输链 路中,补偿光能量的损失,可增加传输距离;用在光接收机前,对信号进行预放,从而大大提高光接收机的接收灵敏度。 图五是濮阳市有线广播电视台在市县连网中应用EDFA的实例。

  濮阳有线台拥有十万用户,每个光接点带500户,需要200个光接收机,若1310nmCATV发射机,输出光功率为16mW( 价格为15万元),则需要14台发射机,发射设备总价格210万元;而用1550nmCATV系统(如图六)需要:1550nmCATV发射 机,发射功率4mW(价格为30万元)一台,输出光功率为50mW的EDFA(价格为15万/台),用五台EDFA,则发射设备总价格 为105万元,两方案相差1倍,1550nm发射系统的成本仅为1310nm发射系统的50%。由于光缆在1550nm波长的衰耗只有1310 nm波长的57%,因此在发射具有相同的发射总功率的情况下,1550nm波长的发射设备比1310nm的设备能传输更长的距离, 带更多的光接收机。在大中型CATV网中,应用的EDFA的1550nm波长的CATV系统具有明显的性能价格比优势,是目前CATV发 展的主流。

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  EDFA一般由五个基本部分组成,即掺铒光纤(EDF),泵浦光源(pump-LD),光无源器件(包括耦合器、光波分复用器、 光纤连接器、隔离器),控制单元、监控接口。

  在有线电视系统传输距离不太长时,我们根据同轴电缆的特性,采用分支分配结构就能构成较为经济的电视电缆系统,而 在有线电视传输距离较远、范围较大时,我们通常采用光缆、电缆组合搭建HFC网络,在HFC网络的光纤部分我们也可利用 分 支器件来搭建成本较低的系统。实际应用中,我们通常采用光分支来实现同一光源带更多的光节点,同时为使光信号传输距离 更远,必须对光信号进行放大,以补偿光分支损耗和光纤损耗。解决这一问题的传统方法是采用光电中继器,而这种光/电/光 的变换和处理方式已满足不了现代通信传输的要求。掺铒光纤放大器直接对光信号进行放大,无需转换成电信号,并且具有输 出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点,因此它已成为现 代光通信系统的关键器件之一,因而在有线电视HFC系统中格外受到青眯。

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