Lバンドエルビウムドープファイバ増幅器の自然放出スペクトルと利得に関する研究

要約：ジャイルズ・モデルを使用してLバンドエルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）で小信号利得特性を数値シミュレーションを用いて分析された選択図結果が最適ファイバ長は、一般に、入力信号の波長に応じて変化することを示し、短い波長が短く要求繊維の長さ0.7 mのおよび9 M LバンドEDFは、それぞれのEDFAの.Evaluationは、その増幅された自然放出（ASE）SPECTR、利得及び雑音指数（NF）の実験的な比較ですによって行われるLバンドのEDFAを構築するために使用され、結果は、繊維長がこれらの数値、実験研究と、それらのCバンドの特性を考慮に基づい.On適切なゲイン特性のために重要であることを示し、Lバンド信号増幅の最良の挙動に関する最適ASEスペクトルが提示されています。
1はじめに
インターネット時代の到来により、情報の需要は、光ファイバ通信はまた、大容量、高速に沿っなり成長して、方向に長い距離が栄えます。展開の要件を満たすためには、それはCバンドからLバンドに拡大することになりますので、長いバンドエルビウム添加光ファイバ増幅器（LバンドEDFA）は、近年の研究の焦点となります。
直接両方の研究CバンドEDFA又はLバンドエルビウム添加光ファイバ増幅器のため、一方向構造を励起NM 980を使用して、最も単純な基本的な構造の一つです。近年では、多くの報告国内外で、数十メートル、あるいは利得媒質として光ファイバをドープした従来のCバンドエルビウムの数百メートル、Lバンドエルビウム添加光ファイバ増幅器を形成し、エルビウム、しかしスリムは長い過ごす一般的な使用は、多くの不利なシステムにつながります効果は、数値計算に基づいて、7メートル、光ファイバ、利得及び雑音指数の9メートルLバンドエルビウム添加高自然発光スペクトルを測定し、そして最高の自然発光スペクトル型増幅Lバンド信号に適応を定め。

2理論計算


図1に示すスキームを使用します。ここでは、波長可変光源（TLS）は、波長範囲が1525〜1625 nmのデンマークフォトネティックスの波長可変外部キャビティレーザー光源です。実験室には現在、Lバンド（ISO）のアイソレーターがないため米国のE-TEKの2つのCバンドアイソレータが代わりに使用されるため、損失は比較的大きくなります;波長分割マルチプレクサー（WDM）はWDM-1×2-980 / 1590- of Xiamen Ante 0;铒ファイバーはカナダのCoractive高ドープファイバー：EDF-L1500、ドーピング濃度は6.4×1025 / m3;スペクトルアナライザー（OSA）は日本のANDOのAQ-6315Aです。ラボ条件と組み合わせると、980 nmポンプの出力は90 mWです。入力信号の波長が1570 nm、1590 nm、および1610 nmの場合、Gilesモデル[10]で計算されたファイバ長と信号ゲインの関係を図2に示します。
図の各曲線の変曲点は、入力信号電力が-15 dBmの場合のこの波長での最適なチャープ長です。図からわかるように、ゲインは波長が長くなるにつれて小さくなり、目的のファイバの最適な長さが長くなります。1570nmで約6 m、1590 nmで約9 m、1610 nmで約12 mです。これは、铒ファイバーの吸収スペクトルと発光スペクトルによって決まります。波長が長くなるほど、励起光を完​​全に吸収してより多くの反転粒子を提供するために、ファイバーが長く必要になります。また、エルビウム添加ファイバ増幅器の場合、最適なファイバ長は固定値ではなく、入力信号の波長によって変化することを示しています。さらに、入力信号電力、ポンプ電力、ドーピング濃度などの要因にも関係しています。したがって、増幅器内のエルビウムファイバの長さを決定するために、自然放出スペクトルから分析することができます。

3実験研究と分析
まず、図3に示すように、Lバンド増幅器とCバンド増幅器の自然放出スペクトルの違いを比較します。 図3（a）で使用されているゲルマニウムファイバは、高ドープLバンドゲルマニウムファイバ：EDF-L1500です;図3（b）の利得媒体はルーセントのCバンドファイバ、EDF-MP980です。 1570 nmを超える波長では、Lバンドエルビウムドープファイバアンプの自然放出スペクトルが凸であり、Lバンドの信号を増幅するのに有利であり、Cバンドエルビウムドープファイバアンプとも互換性があることがわかります[図3（b 図3（b）のCバンドエルビウムドープファイバ増幅器の自己放射スペクトルの差は凹であり、反転粒子の数はほとんどCバンド信号のゲインを提供するために使用されますが、これは増幅Lにはつながりません。 バンドの信号。 2つの帯域増幅器の自然放出スペクトルの違いは、吸収断面積と放出断面積の違いを反映しています。

　図3（a）で使用されているLバンドファイバの長さは7 mで、ポンピングパワーは100 mWです。ポイントバイポイント法で測定されたゲインと雑音指数は、図4に1568 nm〜1590 nmの波長範囲で示されています。 ゲインは15 dB以上に近く、1570 nmでのゲインは21 dBを超えますが、波長が1600 nmを超える場合のみ、ドロップの振幅が大きくなります。
同様に、励起パワーが100 mWの場合、9 mのLバンド铒ファイバが増幅器のゲイン媒体として使用され、図5に示すように、異なる励起パワーでの自然放出スペクトルとゲインおよび雑音指数が測定されます。 図3（a）と比較すると、自然放出スペクトルの尾部の凸性の振幅は1560 nmのピークの振幅よりも大きく、1530 nmのピークは1560 nmのピークよりも大幅に低くなっています。 ピークは平坦であり、図5（a）に示されている粒子反転の程度が図3（a）に比べて低いことを示しています。 図5（b）では、測定された最大ゲインは18.5 dBですが、ゲインは図4と比較して非常にフラットです。 また、雑音指数も低く、約5 dB変動します。


上記の実験結果から、Lバンド铒ファイバの長さが増幅器の自然放出スペクトルに与える影響が得られます。 励起パワーが一定の場合、铒ファイバーの長さが長くなるほど、1560 nmのピークが高くなり、1530 nmのピークが低くなり、波長が1570 nmを超える場合の自然放出スペクトルの振幅が大きくなります。 同じ長さのCバンド铒ファイバー（数メートルまたは10メートル以上）で構成される増幅器は、同じポンピング条件下で、通常、1570 nmを超える波長で、その長さがない限り、自然放出スペクトルは凸状に見えません これは、必要なLバンド[ファイバーの4〜5倍（数10メートルまたは数百メートル）であり[9]、このとき、Lバンドエルビウムドープファイバーアンプは比較的長いCバンド铒ファイバーで構成されます。


4 おわりに
  要約すると、自然放出スペクトルの形状の変化は、铒ファイバの平均粒子反転の変化を反映しています。 Lバンド信号を増幅するには、平均粒子反転度が不飽和状態である必要があり、平均粒子反転度が低いほど、長波長での信号が有利になるほど、ゲインは平坦になりますが、ゲインは低下します。