EDFA的噪声分析

1光纤放大器的噪声来源

EDFA对信号放大的过程中，亚稳态粒子不仅会以受激辐射的方式跃迁到基态，还会以自发辐射的方式跃迁到基态，所产生的光子在沿途又被不断放大，形成放大的自发辐射（ASE），由于ASE在信号放大期间叠加到了信号上，它与信号光作用会产生拍频噪声。因此，理想的无噪声掺铒光纤放大器是不存在的，ASE光谱与信号光之间的拍频噪声是EDFA的主要噪声来源。

此外，EDFA中还存在信号光的散粒噪声、ASE光谱的散粒噪声以及ASE光之间的拍频噪声等。在四种噪声中，信号光的散粒噪声和ASE与信号光之间的拍频噪声是决定EDFA性能的重要因素。

放大器本身产生噪声，使信号的信噪比下降，造成对传输距离的限制，是光放大器的一项重要指标。

2放大器噪声的表示方法（噪声系数NF）

由于放大器中产生自发辐射噪声，使得放大后的信噪比SNR下降。任何放大器在放大信号时必然要增加噪声，恶化信噪比。信噪比的恶化用噪声系数NF表示。定义为输入信噪比与输出信噪比之比

和各代表输入及输出的信噪比。它们都是以在接收机端将光信号转换成光电流后的电功率来计算的。

可以看出噪声系数与粒子反转差有关。泵浦充分，大，则NF小。因而充分泵浦有利于减小噪声。

3评价EDFA的特性参数

3.1增益及增益特性

评价EDFA最直接和最重要的参数之一是增益和增益特性，用它可以表征放大器的放大

能力。增益特性定义为输出功率与输入功率之比，通常在15dB-40Db范围內，可表示为：

其中，为信号带宽内EDFA的自发辐射（ASE）功率。

光纤长度、掺铒浓度、泵浦光功率和波长均会影响增益大小。随着光纤长度的增加，开始增益会上升，但光纤过长时，由于光纤损耗减弱了泵浦光功率作用，使增益G不再增加反而下降，如图所示。

3.2，噪声系数及噪声谱特性

EDFA的噪声主要有4种：信号光的散弹噪声，ASE光谱与信号光之间的差拍噪声，被放大的ASE谱的散弹噪声以及ASE光之间的差拍噪声。在这4种噪声中，前两种噪声是决定EDFA性能的重要因素。衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数NF（NoiseFigure）来度量，只考虑信号光的散弹噪声和信号光与ASE之间的差拍噪声，噪声系数NF是由如下的公式计算得到的。

其中，h为普朗克常数，ν为信号光频率，G为信号增益，是带宽，为带宽内ASE光功率。

噪声谱是描述放大器噪声随信号波长变化的特性

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