【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 系 別 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)（光電子技術(shù)方向） 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2021 年 4 月 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 i 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 摘要 :光纖通信就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長(zhǎng) ,等諸多特點(diǎn)。因而得到了普遍的應(yīng)運(yùn)，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。 光纖 放大器 （簡(jiǎn)寫 OFA）是指運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的一種新型全光放大器。 本論文介紹了摻鉺光纖放大 器 (簡(jiǎn)寫 EDFA)的相關(guān)理論。首先對(duì)光纖放大器的種類進(jìn)行大致的簡(jiǎn)介，其次闡述了摻鉺光纖放大器的歷史和發(fā)展，以及對(duì)摻鉺光纖放大器工作原理進(jìn)行了介紹。重點(diǎn)關(guān)注了摻鉺光纖放大器在現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)運(yùn)。 關(guān)鍵字 ： 光纖、光纖通信、摻鉺光纖放大器 、應(yīng)運(yùn) 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 ii Principles and applications of the erbiumdoped fiber amplifier Abstract： Optical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of munication. Large capacity optical fiber munication with the munication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important ponent of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber munication lines. A new type of signal amplification to achieve alloptical amplifiers. This paper describes the erbiumdoped fiber amplifier theories. First, erbiumdoped fiber amplifier general introduction to the history and types of optical amplifiers and erbiumdoped fiber amplifier operating principle was introduced. Focus on the erbiumdoped fiber amplifier in a modern optical fiber munication system should be shipped. Keywords: Fiber 、 Optical Fiber Communication 、 Erbiumdoped fiber 、 amplifier Should be shipped 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 iii 目 錄 前 言 .............................................................. 1 第一章 緒論 ......................................................... 1 光纖通信系統(tǒng)中放大技術(shù) ....................................... 3 光纖放大器的分類 ......................................... 3 半導(dǎo)體光放大器 .......................................... 4 光纖放大器 ............................................... 6 摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史 ..................................... 6 EDFA 的發(fā)展方向 .............................................. 8 第二章 摻鉺光纖放大器的工作原理及性能參數(shù) .......................... 10 摻鉺光纖放大器的介紹 ........................................ 10 EDFA 放大器的組成 ....................................... 10 EDFA 的放大原理 ......................................... 11 EDFA 的基本性能 ......................................... 12 EDFA 的優(yōu)缺點(diǎn) ............................................... 12 EDFA 的主要應(yīng)用形式 . ........................................ 14 EDFA 的增益特性 ............................................. 15 第三章 EDFA 在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用與研究 ......................... 18 波分復(fù)用（ WDM）的基本概念 ................................... 18 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成 ...................................... 18 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................................. 19 WDM 系統(tǒng)對(duì) EDFA 的要求 ................................... 19 密集波分復(fù)用（ DWDM）原理概述 ............................ 21 EDFA 在密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析 ................. 22 EDFA 在 DWDM 系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式 ...................... 22 DWDM 中對(duì) EDFA 的主要性能要求 ............................ 25 第四章 總結(jié) ....................................................... 27 致謝 ............................................................... 28 參考文獻(xiàn)無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 1 前 言 人類傳播信息方式 是多種多樣的。用光來(lái)傳遞信息也是很早之前就有的。遠(yuǎn)在周代我國(guó)就有了烽火傳遞信息的方法，烽火作為一種原始的聲光通信手段，服務(wù)于古代軍事戰(zhàn)爭(zhēng)。從邊境到國(guó)都以及邊防線上，每隔一定距離就筑起一座烽火臺(tái)。內(nèi)儲(chǔ)柴草，當(dāng)敵人入侵時(shí)，便一個(gè)接一個(gè)地點(diǎn)燃起烽火報(bào)警，各路諸侯見到烽火，馬上派兵相助 ,抵抗敵人。 現(xiàn)如今用光纖來(lái)傳遞信息已成為非常重要的信息傳遞方式。在光纖通信系統(tǒng)中光放大又是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。光放大器是可將微弱的光信號(hào)直接進(jìn)行光放大的器件。它的出現(xiàn)使光纖通信技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍；它使光波分復(fù)用技術(shù)，光孤子 通信技術(shù)迅速成熟并得于商用，同時(shí)他為未來(lái)的全光通信網(wǎng)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代和未來(lái)光纖通信系統(tǒng)中不可少的重要器件。 近年來(lái)，包括有線電視在內(nèi)的光纖通信系統(tǒng)，由于光纖干線的普及，由于光纖干線的普及為了，適應(yīng)通信容量的擴(kuò)大和遠(yuǎn)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)高功能化的需要，波分復(fù)用（ WDM）技術(shù)有了新的發(fā)展。但在 WDM 系統(tǒng)中，最有力的關(guān)鍵技術(shù)，就是光纖放大器的實(shí)用化。眾所周知，在光纖線路中，最有影響的指標(biāo)一是色散，另是衰減損耗。關(guān)于色散問題將另外探討。衰減是指光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸過程中，產(chǎn)生的光功率損耗而言。衰減量是將每 1km 產(chǎn)生的損耗 ,用 dB 表示之值， ／ km,3dB。例如單模光纖約為 ／ km，大約傳輸 15km時(shí)損耗達(dá) 3dB。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的光信號(hào)傳系統(tǒng)中，首先在 CATV 系統(tǒng)中，應(yīng)用光纖放大器的是工作在光損耗最小的 m 波域的摻鉺光纖放大器（ EDFA） ,但在通信系統(tǒng)中，由于早期鋪設(shè)的光纖條件的限制，利用 1 條光纖傳 的高速信號(hào)比較復(fù)雜，但如利用 4 的四波 WDM 傳輸，則很容易實(shí)現(xiàn)。因此 ,從 90 年代后期起 WDM 的發(fā)展，也推動(dòng)了 EDFA 的進(jìn)步。目前， m 的 EDFA 波域，除了早期的 1530～ 1560nmEDFA 之外， 還出現(xiàn)了拓寬波域的增益位移（ GS） 型 EDFA （ 1570～ 1600nm）。另外，在 CATV系統(tǒng)中應(yīng)用最多的 m 波長(zhǎng)的單模光纖（ SMF）系統(tǒng)中，由于波長(zhǎng)色散甚小即使不作色散補(bǔ)償，也能傳輸高至 10Gbps 的優(yōu)點(diǎn)，一直受到業(yè)界的重視。但由于 m的 SMF 傳輸損耗較大（一般為 ／ km）。所以只適用于近、中距離傳 的遠(yuǎn)距離傳輸。今后，隨著 m的遠(yuǎn)距離傳輸需要增加，新問世的 m 波域的摻譜光纖放大器 (EPFA）也 成了業(yè)界無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 2 關(guān)心的熱點(diǎn)。近年，由于因特網(wǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，為了有效的利用光普波長(zhǎng)資源，在開發(fā)太比秒級(jí)（ 1Tbp）的高速信號(hào)中，高密度波分復(fù)用（ DWDM）又稱密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了 m 波域的利用。為此目的研制的摻銩光纖放大器 (TDFA)的實(shí)用化也是業(yè)界關(guān)心的產(chǎn)品。還有，應(yīng)用光纖拉曼現(xiàn)象的拉曼光纖放大器，隨著 WDM 技術(shù)的應(yīng)用，又重新抬頭，在實(shí)現(xiàn)超寬波域達(dá) 100nm放大方面頗具特點(diǎn)。本文擬就摻鉺光纖放大器（ EDFA）的原理及應(yīng)用發(fā)展動(dòng)向作一綜述。無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 3 第一章 緒論 光纖通信系統(tǒng)中放大技術(shù) 光纖放大器的分類 光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、 光孤子通信 以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。在此之前，傳送信號(hào)的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換及電光變換，即 O/E/O 變換。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。光放大器主要有 3 種 :光纖放大器、 拉曼 放大器以及 半導(dǎo)體光放大器 。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子 (如鉺、鐠、銩等 )作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。 摻鉺光纖放大器 的 增益帶 較寬，覆蓋 S、 C、 L 頻帶 。 摻銩光纖放大器的增益帶是 S 波段 。摻鐠光纖放大器的增益帶在 1310nm 附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會(huì)發(fā)生非線性效應(yīng) ?喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號(hào)光，從而使信號(hào)光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個(gè)分布式的放大過 程，即沿整個(gè)線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器 (S0A)一般是指行 波光放大器，工作原理與 半導(dǎo)體激光器 相類似。其工作 帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)， 為了拓長(zhǎng)通信距離都需在通信線路中設(shè)置一定數(shù) 量的中繼器，以便使衰減的光信號(hào)強(qiáng)度得到補(bǔ)充。而中繼器無(wú)一例外都是采用光 — 電 — 光的轉(zhuǎn)換方式。中繼器的這種工作模式帶來(lái)了不少問題，如使得成本高， 系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低等。于是，人們?cè)O(shè)想，是否用光放大器直接進(jìn)行光