Порядок выполнения работы.

ББК 621.391.63

Д 21

Исследование характеристик оптических усилителей на основе волокон, легированных эрбием: учебно-методическая разработка/ М.В. Дашков, К.А. Волков, Самара: ИУНЛ ПГУТИ. 2012, -16 с

Рецензент: к.т.н. А.В. Трошин

В учебно-методической разработке приводится систематизированный материал, посвященный оптическим усилителям на основе волокна легированного эрбием. В результате выполнения лабораторной работы студенты получают навыки моделирования оптических усилителей и исследуют зависимость основных параметров усилителей от схемы накачки и характеристик эрбиевого волокна.

Рекомендовано Методическим советом

ФГОБУ ВПО ПГУТИ в качестве учебно-методического

Пособия для студентов ПГУТИ обучающихся по

Специальностям 210404, 210404, 210406.

Протокол заседания Методического совета ПГУТИ

Цель работы: Изучение принципов построения оптических усилителей. Исследование характеристик усиления в оптических волокнах, легированных эрбием, с учетом спектральной зависимости их параметров. Исследование влияния параметров накачки и длины эрбиевого волокна на характеристики оптического усилителя.

Литература.

1. Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. – М.: Изд-во Syrus Systems, 1999.
2. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы: Сб. статей под ред. С.А.Дмитриева, Н.Н.Слепова. – М.: Connect, 2000.
3. Р.Р. Убайдуллаев Волоконно-оптические сети, Москва, Экотрендз, 1998
4. А.С. Курков, О.Е. Наний Эрбиевые волоконно-оптические усилители // Lightwave Russian Edition, №1, 2003, 14-19
5. Р.Р. Убайдуллаев Протяженные ВОЛС на основе EDFA // Lightwave Russian Edition, №1, 2003, 22-29

Контрольные вопросы

1. Спектральная зависимость коэффициента затухания оптических волокон. Составляющие потерь в оптическом волокне. Нормы на коэффициент затухания

2. Классификация оптических усилителей, используемых на ВОЛП, по области применения. Сравнительная характеристика.

3. Классификация оптических усилителей, используемых на ВОЛП, по способу реализации. Сравнительная характеристика.

4. Основные параметры оптических усилителей. Термины и определения.

5. Принцип работы оптического усилителя на основе волокна, легированного эрбием

6. Типовые характеристики оптических эрбиевых усилителей.

7. Типовые схемы реализации эрбиевых усилителей.

8. Влияние параметров накачки и эрбиевого волокна на характеристики эрбиевого усилителя.

9. Принцип работы оптического усилителя на основе вынужденного комбинационного рассеяния – рамановские усилители

10. Типовые характеристики рамановских усилителей.

11. Типовые схемы реализации рамановских усилителей.

12. Принцип работы полупроводниковых оптических усилителей.

13. Типовые характеристики рамановских усилителей.

14. Расчет суммарного затухания элементарного кабельного участка.

15. Расчет оптического отношения сигнал-шум на ВОЛП с оптическими усилителями.

Порядок выполнения работы.

1. Загрузите программное обеспечение для моделирования оптических усилителей GainMaster

2. Согласно номеру бригады (см. табл. 2) выберите файл с конфигурацией усилителя

Таблица 1

Зарисуйте схему исследуемого усилителя.

3. Запишите параметры эрбиевого волокна. Для этого дважды кликните на пиктограмму   В диалоговом окне нажмите на кнопку “Giles alpha Parameter (Signal)” и зарисуйте спектр поглощения в диапазоне длин волн сигнала.   Затем нажмите на кнопку “Giles alpha Parameter (Pump)” и зарисуйте спектр поглощения накачки в эрбиевом волокне.   Нажав на кнопку “Giles g* Parameter ” зарисуйте спектр коэффициента усиления эрбиевого волокна.   4. Задайте длину эрбиевого волокна равную 10 м. Для этого в диалоговом окне парамтеров эрбиевого волокна в строке “Fiber Length” введите нужное значение. Нажмите “Apply’.

5. Установите параметры информационного сигнала системы уплотнения. Для этого дважды кликните на пиктограмме “Multiply Source”   В диалоговом окне задайте границы С-диапазона (1530 – 1565 нм) и количество оптических каналов равное 40. Мощность каждого оптического канала задайте на уровне минус 30 дБм

6. Установите параметры накачки. Для этого дважды кликните на пиктограмме модуля накачки “980 Pump” или “1480 Pump” или   В диалоговом окне выставьте длину волны накачки в соответствии с вариантом. Мощность накачки установите на уровне 50 мВт   7. Нажмите кнопку “Apply”.

8. Запустите процесс моделирования, нажав на кнопку в панели инструментов.

9. Зарисуйте спектры шума усиленного спонтанного излучения (ASE) в прямом и обратном направлении. Для этого дважды кликните на красной линии на выходе эрбиевого волокна.

В окне “Optical Power Spectra” выставьте единицу измерения дБм – dBm и выберите режим ASE. Для снятия спектра ASE в прямом направлении выберите режим “Forward”, а для встречного направления - режим “ Backward”.

10. Зарисуйте спектр сигнала на выходе эрбиевого волокна. Для этого в окне “Optical Power Spectra” выберите режимы “Signal” и “Forward”.

11. Дважды кликните на пиктограмме пробника, подключенного непосредственно к выходу эрбиевого волокна (для большинства вариантов это Probe).   Зарисуйте спектр усиления. Для этого нажмите кнопку “Gain”. Примечание. Полученные значения можно сохранить в файл, который будет содержать два столбца: длину волны и мощность.   12. Оцените равномерность спектра усиления Запишите значения в позициях Average Gain – Среднее значения усиления Maximum Gain – Максимальное усиление Minimum Gain – Минимальное усиление Gain Flatness (P-P) – Равномерность усиления Gain Tilt – Наклон усиления   Сделайте выводы о качестве усиления.   13. Зарисуйте спектр шум-фактора. Для этого нажмите кнопку “Noise Figure”. Сделайте выводы о характеристике спектра шум-фактора.

14. Для получения равномерного спектра усиления в исследуемой схеме используется перестраиваемый оптический фильтр-эквалайзер.

Для оптимизации передаточной функции фильтра-эквалайзера в панели инструментов нажмите кнопку “GFF OPT”

В диалоговом окне выставьте имя фильтра “GFF Filter Name”, для которого производите оптимизацию и имя пробника “Gain Probe Name”, который подключен к выходу этого фильтра (для большинства вариантов это Probe_2). Равномерность характеристики фильтра выставьте равным 0.5 дБ по критерию “Peak-to-Peak” Нажмите кнопку “Optimize”.

15. После окончания оптимизации дважды кликните на пиктограмме пробника, подключенного к выходу фильтра-эквалайзера (для большинства вариантов это Probe_2).

Зарисуйте спектр усиления. Для этого нажмите кнопку “Gain”.

16. Оцените равномерность спектра усиления, аналогично п. 12. Сделайте выводы о качестве характеристики усиления.

17. Зарисуйте спектр шум-фактора, аналогично п. 13. Сделайте выводы о характеристике спектра шум-фактора.

18. Далее увеличивая мощность накачки на 50 мВт (см. п. 6) повторите пункты п. 11, п. 13. Всего измерения произвести при 4-х значениях мощности сигнала накачки. Результаты привести в виде двух графиков, на которых будут изображены спектры усиления и шума-фактора, соответственно. Значения для минимального коэффициента усиления и максимального шум-фактора записать в таблицу 2.

19. Далее, изменяя длину эрбиевого волокна до 15 и 20 метров, произвести измерения аналогично п. 18, только заполняя таблицу 2, без построения графиков.

Примечание. При изменении параметров накачки или длины эрбиевого волокна не забывайте заново запускать процесс моделирования, нажатием на кнопку в панели инструментов.

Таблица 2. Зависимость характеристик оптического усилителя

20. По данным таблицы 2 построить графики зависимости коэффициента усиления от мощности накачки для трех значений длин эрбиевого волокна и графики зависимости шум-фактора от мощности накачки для трех значений длин эрбиевого волокна.

Сделайте выводы о зависимости G и NF от параметров накачки и длины эрбиевого волокна.

21. Произведите исследование зависимости коэффициента усиления от мощности сигнала на входе. Для этого выставьте параметры накачки и длины волокна примерно соответствующие коэффициенту усиления 25 дБ. Изменяйте уровень мощности оптического канала от -30 до -9 дБм с шагом в 3 дБм. (см. п.5). Определите суммарную мощность на входе, используя формулу:

Дважды кликнув на пиктограмме пробника, подключенного непосредственно к выходу эрбиевого волокна (Probe), определите минимальное (minimum), среднее (аverage) и максимальное (maximum) значения коэффициента усиления. Полученные значения запишите в таблицу 3.

Постройте график зависимости коэффициентов усиления от суммарной мощности на входе.

Таблица 3. Зависимость коэффициента усиления от входной мощности сигнала

Определите уровень суммарной мощности на входе и мощности оптического канала при заданном количестве несущих, при котором средний коэффициент усиления уменьшается на 3 дБ.