采用PSO算法的S波段EDFA的优化设计

[摘要] 成功地使用粒子群优化(PSO)算法优化设计了多级S波段EDFA,仿真结果表明,输入信号功率为-20dBm时在1486~1520nm可实现平坦增益,两级泵浦总功率为380mW,平均增益可达10dB以上,增益平坦度小于0.1dB,噪声系数小于5dB,满足WDM/DWDM系统的需求。另外,还重点对插入长波长ASE滤波器以改善S波段EDFA系统性能的分配方案及优化方法进行了分析和讨论。

[关键词] 掺铒光纤放大器;S波段;粒子群优化算法;长波长ASE滤波器;波分复用 [中图分类号] TN253 [文献标识码] B [文章编号] 1006 1908(2011)01 0013 04

OptimizedDesignofS BandEDFAUsingPSOAlgorithm

CAOYi, WEIHuai

(InstituteofLightwaveTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

Abstract:Amulti stageS bandEDFAissuccessfullydesignedusingparticleswarmoptimization(PSO)algorithm.Thesimulationresultsshowthatflattengaincanbeobtainedat-20dBmofsignaloutputpowerand1486~1520nm,thetotalpumppoweroftwostagesis380mW,theaveragegainismorethan10dB,thegainflatnessislessthan0.1dB,noisefigureislessthan5dB,whichcanmeettherequirementsofWDM/DWDM.InadditiontheallocationschemeandoptimizationmethodforimprovingthesystemperformanceofS bandEDFA,whichinsertslong wavelengthASEfilter,areanalyzedanddiscussed.

Keywords:erbium dopedfiberamplifier(EDFA);S band;particleswarmoptimization(PSO)algorithm;long wavelengthASEfilter;wavelengthdivisionmultiplexing(WDM)

0 引言

光纤通信技术的发展,特别是WDM/DWDM技术的日趋成熟,对于S波段(1486~1520nm)光放大的需求也日渐增加。S波段放大器的研究主要集中在掺铥(Tm3+)光纤放大器以及拉曼放大器上,关于S波段EDFA的研究相对少一些。就我们所知,传统的EDFA在S波段几乎没有增益,因此要在S波段使EDFA能够有效地放大信号就必须采取一些方法,有研究指出,要大大提高S波段的EDFA增益,必须对长波长进行滤波,以滤除C波段ASE。另外,考虑到EDFA应用于WDM/DWDM中的多信道放大,若增益不平坦,容易造成

[收稿日期] 2010 10 26

[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(60807013)

[作者简介] 曹毅(1986-),男,北京交通大学硕士研究

生.

[作者地址] 北京市海淀区交大东路18号,北京交通大学

学苑公寓4号楼320室,100044

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各个信道之间的光功率和信噪比不同,增益高的信道容易出现光功率饱和与非线性效应,而增益低的信道会出现光信噪比恶化等现象,必须要对S波段的EDFA整体结构进行优化设计,以获得高增益、低噪声、宽带宽、增益平坦的EDFA。

传统的优化EDFA的研究大多集中在EDFA的级联结构或者引入特种光纤(改变掺杂、改变基质)方面,而应用全局搜索算法来优化EDFA结构参数的研究相对比较少,S波段的EDFA优化研究更少,大多都是关于C波段、L波段的EDFA或者拉曼放大器的优化设计

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。本文将应用一种全新

的算法粒子群优化(PSO)算法对S波段的EDFA进行优化设计,并建立数学模型进行仿真实验,对仿真实验结果进行分析和讨论。另外,本文还将对插入长波长ASE滤波器以改善S波段EDFA系统性能的分配方案和优化问题做详细的讨论和分析。