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1遙泵系統(tǒng)中RGU的工作原理

EDF能對光信號進(jìn)行放大的根本原因是EDF中的鉺離子存在于不同的能級中，當(dāng)它存在于高能級同時有一個光子通過時，該光子可以刺激它釋放掉一部分能量而回到更加穩(wěn)定的低能級。被釋放掉的那部分能量會以新光子的形式傳遞出去。而釋放出來的光子與激發(fā)它的光子的波長、頻率、相位、偏振態(tài)和傳輸方向等完全一致，從而實(shí)現(xiàn)了信號光的放大。EDF的增益與光纖中鉺離子濃度、摻雜半徑、光纖長度、泵浦波長及功率、信號波長及功率等因素有關(guān)［2］。鉺離子吸收發(fā)射截面圖參見圖。

2遙泵系統(tǒng)中拉曼效應(yīng)的基本原理

同纖遙泵同時還利用了光纖的拉曼效應(yīng)對信號光進(jìn)行放大。拉曼效應(yīng)是在光纖中傳輸高功率信號時發(fā)生的非線性效應(yīng)（受激拉曼散射），泵浦光子的能量產(chǎn)生了一個與信號光同頻率的光子和一個聲子，高功率信號的一部分能量經(jīng)拉曼效應(yīng)傳遞給信號光，實(shí)現(xiàn)對信號光的放大［3］。拉曼增益強(qiáng)度與泵浦光強(qiáng)和泵浦光與信號光的頻率差有很大關(guān)系，差值為13THz時，這種增益達(dá)到極點(diǎn)。因此，要放大1530～1605nm的工作波長，最佳泵浦源波長在1420～1500nm波段，遙泵的泵浦光波長為1480nm，產(chǎn)生的拉曼效應(yīng)能夠?qū)π盘柟膺M(jìn)行放大［3］。光纖中的受激拉曼增益譜如圖4。EDFA泵浦光的波長一般為980和1480nm，其中1480nm波長的泵浦光具有更高的泵浦效率。遙泵系統(tǒng)中的RGU距離泵浦源較遠(yuǎn)（一般在50～100km），考慮到980nm波長的光在光纖中衰減較大，而1480nm波長的泵浦光具有更高的效率，因此一般選用1480nm波長的泵浦光。在單波系統(tǒng)中，遠(yuǎn)端RGU一般采用同向泵浦的方式。同向泵浦示意圖參見圖3。

3遙泵系統(tǒng)在電力系統(tǒng)超長距離傳輸中的應(yīng)用

在埃塞俄比亞復(fù)興大壩輸變電工程中，由Gerd水電站至Dedesa變電站的光纜長度約為363km，采用G．655D光纖（康寧的Leaf大有效面積光纖）。由于光纜長度過長，整個系統(tǒng)的衰耗很大，必須在系統(tǒng)中采用遙泵放大技術(shù)。整個系統(tǒng)由光放大器、預(yù)放大器、EFEC、CoRFA（前向拉曼放大器）和遙泵等放大器件組成。超長距離無中繼傳輸遙泵放大方案配置如圖5所示。全段光纖的參數(shù)如下：光纖衰減系數(shù)為0．20dB／km，光纜衰減為72．6dB，固定接頭衰減系數(shù)為0．01dB／km，固定接頭衰減為3．63dB，活動連接器衰耗為1dB，光通道代價(jià)為2dB，光纜衰減富余度為5dB，總衰減為84．23dB，光纖色散系數(shù)為4．5ps／（nm•km），總色散為1633．5ps／nm，光放大器發(fā)送功率為17dBm，SBS＋前向喇曼等效增益為8dB，加預(yù)放后接收靈敏度為－38dBm，后向拉曼等效增益為6dB，EFEC功率增益為8dB，遙泵功率增益為9dB，功率電平富余度為1．77dBm。該遙泵系統(tǒng)采用同纖遙泵的工作方式。RPU發(fā)送的泵浦光功率為30．5dBm（波長為1480nm），RGU的有效輸入泵浦功率為9～10dBm，考慮一定的余量，要求最終到達(dá)RGU的泵浦功率約為12dBm。波長為1480nm的泵浦光在G．655D光纖中的衰減系數(shù)約為0．24dB／km（含光纖熔接頭損耗），因此RGU距RPU泵浦源的最佳距離L＝（30．5－12）／0．24＝77．08km。即需在距變電站約77km處，選擇一個交通方便、便于維護(hù)的輸電線路鐵塔，將RGU安裝在該鐵塔上。我們將上述理論計(jì)算結(jié)果輸入OTA（光傳輸系統(tǒng)分析）軟件進(jìn)行驗(yàn)算得知，當(dāng)RGU距后端泵浦源的距離為77km時，前置放大器輸出信號的OSNR（光信噪比）為13．85dB，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。由OTA軟件計(jì)算出的RGU距后端泵浦源的最優(yōu)距離為89km，EDF的最佳長度約為27．8m，泵浦源功率為1000mW，前置放大器輸出信號的理論OS－NR為15．97dB。

4結(jié)束語

遙泵放大技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)350km以上無中繼光纖傳輸?shù)淖钣行У募夹g(shù)之一。雖然目前遙泵放大技術(shù)在電力系統(tǒng)中還沒有正式運(yùn)用，但多年來電力系統(tǒng)開設(shè)了許多遙泵放大系統(tǒng)的試驗(yàn)光纖線路，經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，遙泵技術(shù)已經(jīng)逐步完善。在近期投入運(yùn)行的多條長距離、大容量的特高壓直流線路中有望正式采用該技術(shù)。遙泵技術(shù)在電力系統(tǒng)超長距無中繼傳輸線路中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

作者：王輝王琴張勇單位：中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院國網(wǎng)湖北省電力公司運(yùn)行檢修公司國網(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司