多波段传输系统与混合拉曼放大技术

逍遥设计自动化

引言
随着全球数据流量呈指数级增长，光通信系统需要开发新的传输容量。传统光通信主要使用C波段（1530-1565 nm），研究人员和工程师正在研究多波段传输（MBT）作为满足不断增长的带宽需求的经济有效解决方案。本文探讨了一种混合分布式-离散拉曼放大器的实现和性能，该放大器可在多个光波段（E、S、C和L波段，1410-1605 nm）实现信号放大[1]。
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系统架构与运行原理
混合拉曼放大器结合了分布式和离散放大技术，实现超宽带信号放大。系统架构采用混合分布式-离散拉曼放大器（DDRA），设计用于放大覆盖E、S、C和L波段的信号。

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图1展示了超宽带混合分布式-离散拉曼放大器示意图和光谱特性，包括(a)放大器示意图，(b)SSMF输入光谱，(c)无放大时SSMF输出光谱，以及(d)放大后的输出光谱。
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# d. L- N% N! v9 a. }6 x2 ]/ v放大器设计包含以下关键组件：
使用标准单模光纤（SSMF）的分布式拉曼放大级工作在不同波长的多个泵浦激光器使用反色散光纤的离散拉曼放大级用于信道均衡的波长选择开关用于波段分离的滤波式波分复用耦合器[/ol]
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; a& _/ l; o% B; ?) R' M放大器性能特征
混合DDRA在整个工作带宽范围内展现出优异的性能指标。系统在所有波段实现了约14 dB的平均增益，并针对不同波长区域进行了具体优化。
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& Q6 \, H$ f; R0 i0 h/ q: O图2显示了超宽带混合分布式-离散拉曼放大器的实验测量结果，包括(a)增益和噪声系数/有效噪声系数，以及(b)不同波长波段的输出光信噪比特性。

: W% U' h- ^% b各波段的噪声性能如下：
5 }* Z: K& m' x( d6 D5 A! eE波段：有效噪声系数最小值低于0 dBS波段：平均噪声系数约7 dBC和L波段：平均噪声系数约5.5 dBS波段短波长部分的最大噪声系数约7.5 dB
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传输系统设置与性能
实验验证采用了全面的传输设置，在实际条件下评估系统性能。
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1 A4 j7 c0 Z& n7 h( i: d" s/ R图3描述了采用146个WDM信道在50 km SSMF上进行30 Gbaud PM-16-QAM传输的实验设置。

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" i1 o( q% L1 s3 }( B图4呈现了146个干扰信道的30 GBaud PM-16-QAM传输性能随波长的变化，显示了(a)B2B和50 km传输的Q2因子，(b)Q2因子损耗，以及(c)B2B XY Q2因子差异。

: l4 A) H" d' ~6 w4
性能分析与建模
采用先进的建模技术有助于理解和优化系统行为。使用解析和数值方法来表征放大器性能。
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图5展示了(a)分布式和(b)离散拉曼放大级的非线性系数η(fi)建模。

7 U; Q% @+ }& @: Y8 R对系统中的功率演变和噪声特性进行了仔细分析：

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图6显示了(a)每个拉曼放大级后的发射功率剖面演变和(b)DDRA后的ASE、NLI、TRX接收噪声功率剖面贡献及总和。

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, H# W7 L9 s: R1 ]% C; `系统优化与未来改进
  p( j# k! z* K, V) Q' h研究确定了多个系统增强和优化途径：
& c0 g0 C$ P( _' L! Z: u' g& N

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图7展示了(a)DDRA后的每信道接收功率和(b)研究中描述的各种场景的Q2因子。
# e4 B! K+ q3 M) K
使用混合拉曼放大的多波段传输演示在保持性能高于8.5 dB的HD-FEC门限的同时，实现了每信道200 Gbit/s的传输速率。

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  N, w8 S7 Z$ ~% M结论
5 ~! t7 i. i, l6 i) y6 i, z+ h混合分布式-离散拉曼放大器在E、S、C和L波段实现了成功的超宽带运行。系统在50 km SSMF上实现了200 Gbit/s PM-16-QAM信号的可靠传输，性能始终保持在HD-FEC门限以上。这项技术通过多波段传输扩大了光通信系统容量，为满足不断增长的带宽需求提供了经济有效的解决方案。

3 ?1 P1 F: F4 v. w9 }$ c0 q参考文献
. i1 ~- J$ R( a3 J( _[1] P. Hazarika et al., "Multi-Band Transmission Over E-, S-, C- and L-Band With a Hybrid Raman Amplifier," Journal of Lightwave Technology, vol. 42, no. 4, pp. 1215-1224, Feb. 15, 2024.
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