CN112134622B - 一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统 - Google Patents

一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，其特征在于，包括双向拉曼放大部分和双向掺铒光纤放大部分。该发明利用时频系统中已有的色散补偿光纤作为Raman放大增益介质；利用Raman+EDFA混合放大克服Raman放大的低增益和EDFA的3dB噪声指数极限。

Description

一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向 中继系统
技术领域
本发明属于光传输领域，特别涉及一种用于光纤时频同步的双向中继系统。
背景技术
精密时间、频率同步技术在物理基本原理测试、原子钟比对、深空探索、军民信息网络的下一代发展等方面都有着重大的技术推动意义。目前基于卫星的时间、频率同步方法所能达到的传输相对稳定度最高只在10-16/日，而利用基于光纤同步的光学时间、频率信号的相对稳定度在1日积分时间已达到10-20量级，足以满足目前光钟时频信号传输和远程比对的需求。
基于光纤链路的时频同步技术很大程度受限于光纤本身的衰减，最大传输距离可达到一百多公里。而实际应用中的光学时频同步距离常常达到数百公里，甚至上千公里。为增加传输距离，需要使用中继系统对光纤链路衰减进行补偿。同时，光纤时频同步技术中需要对信号同时进行前后对向传输。研究表明，任何中继系统的增益是有限的，并且中继的间隔越短，其给时频同步系统带来的噪声越小。但是由于实际环境条件的限制，中继系统往往是只能安装在某些固定位置的机房中，导致各中继的间隔不相等，而且可能出现长跨段链路的情况。此时需要具有高增益和低噪声的双向中继系统对长跨段链路信号功率衰减进行补偿。
掺铒光纤放大器(EDFA)由于其高增益、结构简单和易于实现的特点而常被用来作为光纤传输中的中继放大，但是EDFA的最小噪声指数(NF)为3dB。EDFA的使用必将导致接收端光信噪比(OSNR)的下降，从而恶化时频同步系统的整体性能，并且EDFA的噪声指数与其增益成正比关系。
在光纤时频同步系统中需要使用色散补偿光纤(DCF)对传输链路中的色散效应进行补偿。DCF具有较小的纤芯直径，其本身也可以作为光纤拉曼放大器(FRA)的理想增益介质。研究表明，由于此时使用的增益光纤DCF为链路的固有部分，该FRA的等效NF可降到0dB以下。但FRA的增益较低，很难满足功率补偿的要求。
综上所述，可以结合EDFA的高增益和FRA的低噪声特性，制作出同时拥有高增益和低噪声的Raman+EDFA混合双向中继系统用于补偿光纤时频同步的信号功率衰减。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，其目的是对基于光纤的远距离时间、频率同步技术中的长跨段链路衰减和色散效应进行补偿。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，包括双向拉曼放大部分和双向掺铒光纤放大部分，所述双向拉曼放大部分的一端与所述双向掺铒光纤放大部分的一端相连接；所述双向拉曼放大部分的另一端以及所述双向掺铒光纤放大部分的另一端作为双向信号的输入输出端。
作为优选例，所述双向拉曼放大部分包括1455nm拉曼泵浦激光器、1455:1550nm波分复用器和色散补偿光纤，所述1455nm拉曼泵浦激光器的输出端与所述1455:1550nm波分复用器的1455nm端口相连；所述1455:1550nm波分复用器的公共端与所述色散补偿光纤相连，所述1455:1550nm波分复用器的1550nm端和所述色散补偿光纤的另一端作为双向拉曼放大部分的信号输入输出端。
作为优选例，所述双向掺铒光纤放大部分包括第一粗波分复用器、第一隔离器、第一掺铒光纤放大器、第二隔离器、第三隔离器、第二掺铒光纤放大器、第四隔离器和第二粗波分复用器，所述第一粗波分复用器的b端口与所述第一隔离器的输入端相连；所述第一隔离器的输出端与所述第一掺铒光纤放大器的输入端相连；所述第一掺铒光纤放大器的输出端与所述第二隔离器的输入端相连；所述第二隔离器的输出端与所述第二粗波分复用器的b端口相连；所述第二粗波分复用器的c端口与所述第三隔离器的输入端相连；所述第三隔离器的输出端与所述第二掺铒光纤放大器的输入端相连；所述第二掺铒光纤放大器的输出端与所述第四隔离器的输入端相连；所述第四隔离器的输出端与所述第一粗波分复用器的c端口相连；所述第一粗波分复用器的a端口和所述第二粗波分复用器的a端口作为所述双向掺铒光纤放大部分的信号输入输出端。
作为优选例，所述第一粗波分复用器的a端和所述第二粗波分复用器的a端能通过的光信号波长范围为1540.92～1560.12nm；所述第一粗波分复用器的b端和所述第二粗波分复用器的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1560.12nm；所述第一粗波分复用器的c端和所述第二粗波分复用器的c端口能通过的光信号波长范围为1540.12～1550.52nm。
(三)有益效果
本发明提出的一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，利用Raman放大器的低噪声特性和EDFA的高增益特性组成高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统对光纤时频同步中的长跨段链路衰减进行补偿。其中Raman放大器所使用的增益光纤为时频同步链路中固有的色散补偿光纤。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于光纤时频同步的超低噪声指数双向中继系统结构框图；
图2是掺铒光纤放大器结构图；
图3(a)是所述混合放大器不同输入功率信号增益测试结果图；
图3(b)是所述混合放大器不同输入功率信号等效噪声指数测试结果图；
图4(a)是所述混合放大器不同Raman泵浦功率下增益测试结果图；
图4(b)是所述混合放大器不同Raman泵浦功率下等效噪声指数测试结果图。
附图标号说明：
1：Bidirectional Raman amplification part，双向拉曼放大部分；
2：Bidirectional Erbium-doped fiber amplification part，双向掺铒光纤放大部分；
3：1455nm Raman pump laser，1455nm拉曼泵浦激光器；
4：1455:1550nm wavelength division multiplexer，1455:1550nm波分复用器；
5：Dispersion compensating fiber，色散补偿光纤；
6：First coarse wavelength division multiplexer，第一粗波分复用器；
7：First isolator，第一隔离器；
8：First Erbium-doped fiber amplifier，第一掺铒光纤放大器；
9：Second isolator，第二隔离器；
10：Third isolator，第三隔离器；
11：Second Erbium-doped fiber amplifier，第二掺铒光纤放大器；
12：Fourth isolator，第四隔离器；
13：Second coarse wavelength division multiplexer，第二粗波分复用器；
14：980nm pump laser，980nm泵浦激光器；
15：980:1550nm wavelength division multiplexer，980:1550nm波分复用器；
16：Erbium-doped fiber，掺铒光纤。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:
如图1所示，本实施例的中继系统，包括双向拉曼放大部分和双向掺铒光纤放大部分，所述双向拉曼放大部分的一端与所述双向掺铒光纤放大部分的一端相连接；所述双向拉曼放大部分的另一端以及所述双向掺铒光纤放大部分的另一端作为双向信号的输入输出端。
所述的中继系统，所述双向拉曼放大部分包括1455nm拉曼泵浦激光器、1455:1550nm波分复用器和色散补偿光纤，所述1455nm拉曼泵浦激光器的输出端与所述1455:1550nm波分复用器的1455nm端口相连；所述1455:1550nm波分复用器的公共端与所述色散补偿光纤相连，所述1455:1550nm波分复用器的1550nm端和所述色散补偿光纤的另一端作为双向拉曼放大部分的信号输入输出端。
所述的中继系统，所述双向掺铒光纤放大部分包括第一粗波分复用器、第一隔离器、第一掺铒光纤放大器、第二隔离器、第三隔离器、第二掺铒光纤放大器、第四隔离器和第二粗波分复用器，所述第一粗波分复用器的b端口与所述第一隔离器的输入端相连；所述第一隔离器的输出端与所述第一掺铒光纤放大器的输入端相连；所述第一掺铒光纤放大器的输出端与所述第二隔离器的输入端相连；所述第二隔离器的输出端与所述第二粗波分复用器的b端口相连；所述第二粗波分复用器的c端口与所述第三隔离器的输入端相连；所述第三隔离器的输出端与所述第二掺铒光纤放大器的输入端相连；所述第二掺铒光纤放大器的输出端与所述第四隔离器的输入端相连；所述第四隔离器的输出端与所述第一粗波分复用器的c端口相连；所述第一粗波分复用器的a端口和所述第二粗波分复用器a端口作为所述双向掺铒光纤放大部分的信号输入输出端。
所述的中继系统，所述第一粗波分复用器的a端和所述第二粗波分复用器的a端能通过的光信号波长范围为1540.92～1560.12nm；所述第一粗波分复用器的b端和所述第二粗波分复用器的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1560.12nm；所述第一粗波分复用器的c端和所述第二粗波分复用器的c端口能通过的光信号波长范围为1540.12～1550.52nm。
如图2所示，为我们测试时所使用的一种掺铒光纤放大器结构实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他掺铒光纤放大器实施例，都属于本发明的保护范围。
本实施例的掺铒光纤放大器包括980nm泵浦激光器(13),980：1550nm波分复用器(14)和一段在1530nm吸收率为17dB/m，长度为6米的掺铒光纤(15)，所述980nm泵浦激光器的输出端与980:1550nm波分复用器的980nm端口相连；所述980:1550nm波分复用器的1550nm端口作为信号光的输入端口；所述980:1550nm波分复用器的公共端口与所述掺铒光纤的一端相连；所述掺铒光纤的另一端作为所述掺铒光纤放大器的输出端。
如表1为所述双向Raman+EDFA混合双向放大器在不同输入信号功率情况下测得其净增益和等效噪声指数，此时拉曼泵浦功率为300mW，两掺铒光纤放大器泵浦功率为46mW，所使用的DCF功率衰减为9.13dB。
表1.混合放大器不同输入信号功率性能测试
输入信号功率(dBm) -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
Raman+EDFA净增益(dB) 44.6 42.7 41.4 36.6 34.4 30.3 24.2
Raman+EDFA等效噪声指数(dB) -4.8 -3.0 -2.7 1.1 -3.8 -1.3 3.0
EDFA+Raman增益(dB) 41.7 41.9 37.9 31.5 26.1 22.4 16.0
EDFA+Raman等效噪声指数(dB) -5.0 -6.2 -3.5 0.7 3.7 3.8 8.1
表中Raman+EDFA表示信号先经过拉曼放大部分后经过掺铒光纤放大部分，EDFA+Raman表示信号先经过掺铒光纤放大部分后进过拉曼放大部分。
如图3(a)为根据表1中数据拟合出的所述混合放大器在固定泵浦功率条件下对不同输入功率信号双向净增益曲线图，图中上三角和下三角表示表1中的实际测量值。
如图3(b)为根据表1中数据拟合出的所述混合放大器在固定泵浦功率条件下对不同输入功率信号双向等效噪声指数曲线图，图中上三角和下三角表示表1中的实际测量值。
如表2为所述双向Raman+EDFA混合双向放大器在不同Raman泵浦功率条件下测得其净增益和等效噪声指数，此时两方向输入信号功率均为-30.55dBm。
表2.混合放大器不同Raman泵浦功率下性能测试结果
Figure GDA0002740758930000031
Figure GDA0002740758930000041
如图4(a)为根据表2中数据拟合出的所述混合放大器在不同Raman泵浦功率时的双向净增益曲线图，图中上三角和下三角表示表2中的实际测量值。
如图4(b)为根据表2中数据拟合出的所述混合放大器在不同Raman泵浦功率时的双向等效噪声指数曲线图，图中上三角和下三角表示表2中的实际测量值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，其特征在于，包括双向拉曼放大部分(1)和双向掺铒光纤放大部分(2)；
所述双向拉曼放大部分(1)的一端与所述双向掺铒光纤放大部分(2)的一端相连接；所述双向拉曼放大部分(1)的另一端以及所述双向掺铒光纤放大部分(2)的另一端作为双向信号的输入输出端；
所述双向拉曼放大部分(1)包括1455nm拉曼泵浦激光器(3)、1455:1550nm波分复用器(4)和色散补偿光纤(5)；
所述1455nm拉曼泵浦激光器(3)的输出端与所述1455:1550nm波分复用器(4)的1455nm端口相连；所述1455:1550nm波分复用器(4)的公共端与所述色散补偿光纤(5)相连，所述1455:1550nm波分复用器(4)的1550nm端和所述色散补偿光纤(5)的另一端作为双向拉曼放大部分(1)的信号输入输出端；
所述双向掺铒光纤放大部分(2)包括第一粗波分复用器(6)、第一隔离器(7)、第一掺铒光纤放大器(8)、第二隔离器(9)、第三隔离器(10)、第二掺铒光纤放大器(11)、第四隔离器(12)和第二粗波分复用器(13)；
所述第一粗波分复用器(6)的b端口与所述第一隔离器(7)的输入端相连；所述第一隔离器(7)的输出端与所述第一掺铒光纤放大器(8)的输入端相连；所述第一掺铒光纤放大器(8)的输出端与所述第二隔离器(9)的输入端相连；所述第二隔离器(9)的输出端与所述第二粗波分复用器(13)的b端口相连；所述第二粗波分复用器(13)的c端口与所述第三隔离器(10)的输入端相连；所述第三隔离器(10)的输出端与所述第二掺铒光纤放大器(11)的输入端相连；所述第二掺铒光纤放大器(11)的输出端与所述第四隔离器(12)的输入端相连；所述第四隔离器(12)的输出端与所述第一粗波分复用器(6)的c端口相连；所述第一粗波分复用器(6)的a端口和所述第二粗波分复用器(13)的a端口作为所述双向掺铒光纤放大部分(2)的信号输入输出端。
2.按照权利要求1所述的一种用于光纤时频同步的高增益低噪声Raman+EDFA混合双向中继系统，其特征在于，所述第一粗波分复用器(6)的a端和所述第二粗波分复用器(13)的a端能通过的光信号波长范围为1540.92～1560.12nm；所述第一粗波分复用器(6)的b端和所述第二粗波分复用器(13)的b端能通过的光信号波长范围为1550.52～1560.12nm；所述第一粗波分复用器(6)的c端和所述第二粗波分复用器(13)的c端口能通过的光信号波长范围为1540.92～1550.52nm。
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