【正文】 iber amplifier. First, it is introduce the kinds of fiber amplifier. Secondly describes the history and development of erbium doped fiber amplifier, as well as working principle of the erbiumdoped fiber functions and the use of simulation software Optisystem are also introduced in this paper. It focuses on the amplification process of erbium doped fiber amplifier and studies and analyzes the problem that the channel gain erbiumdoped fiber amplifier is not flat.Keywords: Optisystem。光纖放大器是指運(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。摘 要光纖通信就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。本論文介紹了摻鉺光纖放大器的相關(guān)理論。Optical fiber munication。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。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。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。中繼器的這種工作模式帶來了不少問題，如使得成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低等。它使光通信技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化：用相對(duì)簡(jiǎn)單價(jià)廉的光放大器，代替長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復(fù)雜昂貴的光—電—光混合式中繼器，從而可實(shí)現(xiàn)比特率及調(diào)制格式的透明傳輸， 升級(jí)換代也變得十分容易， 尤其是性能十分優(yōu)秀的 EDFA 與 WDM 技術(shù)的珠聯(lián)璧合，奠定了高速大容量WDM 光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體光放大器是一種把發(fā)光器件一一半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)作為放大裝置使用的器件，因?yàn)榫哂心軒ЫY(jié)構(gòu)，所以其增益帶寬比采用光纖放大器的寬。以平面波人射單層介質(zhì)層時(shí)，抗反射膜的條件相對(duì)于厚度為1/4波長(zhǎng)。為了消除這種偏振波依賴性，可以引人運(yùn)用窄條結(jié)構(gòu)使激活波導(dǎo)光路近似正方形斷面形狀的方法和施加抗張應(yīng)力，以增大TM波增益的應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體光放大器的原理半導(dǎo)體光放大器的原理與摻稀土光纖放大器相似但也有不同，其放大特性主要取決于有源層的介質(zhì)特性和激光腔的特性。電致發(fā)光是指用電學(xué)方法將非平衡載流子直接注人到半導(dǎo)體中而產(chǎn)生發(fā)光，這常借助于PN結(jié)來完成。半導(dǎo)體的輻射躍遷包括自發(fā)躍遷和受激躍遷兩個(gè)過程。如果半導(dǎo)體未受光泵浦激勵(lì)，則半導(dǎo)體將吸收光子，其實(shí)半導(dǎo)體的兩個(gè)能帶所扮演的角色類似于EDFA中的能帶E1和E2所起的作用，只是它的能帶比EDFA的能帶更寬。于是導(dǎo)帶底和Epn之間的每個(gè)態(tài)都被添滿，而價(jià)帶頂和之間的所有態(tài)都是空的，從而實(shí)現(xiàn)光放大。光纖放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。何謂CATV用摻鉺光纖放大器它的應(yīng)用狀況如何？在近幾年來，光纖CATV系統(tǒng)特別是1500nm光纖CATV系統(tǒng)包括模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)在我們國家迅速發(fā)展，摻鉺光纖放大器在光纖CATV系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)管理中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)摻鉺光纖放大器的監(jiān)控。何謂DWDM用增益平坦摻鉺光纖放大器？它的應(yīng)用狀況如何？采用在1550nm窗口附近的密集型WDM技術(shù)是擴(kuò)大現(xiàn)有光纖通信能力的最有效的方法?！?EDFA內(nèi)部方塊圖 EDFA 的發(fā)展方向EDFA 的發(fā)展方向 EDFA 從C波段( conventional band )1530～1560nm(常規(guī)的 EDFA)向L波段(long wavelength band)1570～1605nm發(fā)展，可采用摻鉺氟化物光纖放大器 (EDFFA)，帶寬可達(dá)75nm；采用碲化物EDFA，帶寬可達(dá)76nm；采用增益位移摻鉺光纖放大器(GSEDFA)，通過控制摻鉺光纖的鉺粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度，可在1570～1600nm 波段實(shí)現(xiàn)放大，它與普通的EDFA 組合，可得到帶寬約80nm的寬帶放大器；采用覆蓋 C波段和L波段的超寬帶光放大器(UWOA)，可用帶寬80nm，能在單根光纖上放大100多路波長(zhǎng)信道；采用常規(guī)EDFA和擴(kuò)帶光纖放大器(EBFA)組成的基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器(DBFA)，工作波長(zhǎng)為1528～1610nm；將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器串聯(lián)使用，可獲得帶寬高于100nm的超寬帶增益平坦放大器；EDFA 應(yīng)具有動(dòng)態(tài)增益平坦特性的小型化、集成化方向發(fā)展。城域網(wǎng)/接入網(wǎng)中光放大器目前具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)為Mini EDFA、EDWA 和 SOA 技術(shù)，這種低價(jià)放大器正在標(biāo)準(zhǔn)化。所謂頻分、時(shí)分、波分和空分復(fù)用，是指按頻率、時(shí)間、波長(zhǎng)和空間來進(jìn)行分割的光通信系統(tǒng)。隨著電光技術(shù)的向前發(fā)展，在同一光纖中波長(zhǎng)的密度會(huì)變得很高。WDM系統(tǒng)組成。光分波器用于傳輸系統(tǒng)的接收端，正好與光合波器相反，它具有一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，將多個(gè)不同波長(zhǎng)信號(hào)分類開來。ITUT 建議優(yōu)選采用1510nm波長(zhǎng)，容量為2Mbit/s。EDFA作前置放大器時(shí)，放在光接收機(jī)之前，以提高光接收機(jī)的靈敏度，一般工作于小信號(hào)或線性狀態(tài)，信號(hào)輸入功率約40dBm。要求EDFA同時(shí)具有較高的增益和輸出光功率，還應(yīng)有對(duì)其工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 EDFA增益帶寬目前，EDFA可用增益頻譜范圍為l530～l565nm，增益帶寬為35nm左右，可以滿足4～32信道的WDM系統(tǒng)。 一般EDFA在它的工作波段內(nèi)存在著一定的增益起伏，即不同波長(zhǎng)所得到的增益不同。（1）增益均衡技術(shù)增益均衡技術(shù)是利用損耗特性與放大器的增益波長(zhǎng)特性相反的增益均衡器來抵消增益的不均勻性，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性精密吻合，使綜合特性平坦。其光柵周期一般為數(shù)百微米。（2）光纖技術(shù)所謂光纖技術(shù)是指通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變EDF的特性，從而改善EDFA的增益平坦性。其最大優(yōu)點(diǎn)是無需制作和引入附加元件。 另外，還有飽和波長(zhǎng)的方法。 （4）安全要求。對(duì)鏈路切斷情況下可能引起的強(qiáng)烈“浪涌”效應(yīng)更應(yīng)加以重視，必須保證系統(tǒng)能夠及時(shí)關(guān)閉泵浦源和系統(tǒng)，以防止對(duì)系統(tǒng)造成損[5]。即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)頻率不同的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同利用帶通濾波器濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。由于目前一些光器件（如帶寬很窄的濾光器、相干光源等）還不很成熟，因此，要實(shí)現(xiàn)光信道非常密集的光頻分復(fù)用（相干光通信技術(shù)）是很困難的，但基于目前的器件水平，已可以實(shí)現(xiàn)相隔光信道的頻分復(fù)用。DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成，發(fā)送端的光發(fā)射機(jī)發(fā)出波長(zhǎng)不同而精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號(hào)，經(jīng)過光波長(zhǎng)復(fù)用器復(fù)用在一起送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來彌補(bǔ)合波器引起的功率損失和提高光信號(hào)的發(fā)送功率），再將放大后的多路光信號(hào)送入光纖傳輸，中間可以根據(jù)情況決定有或沒有光線路放大器，到達(dá)接收端經(jīng)光前置放大器（主要用于提高接收靈敏度，以便延長(zhǎng)傳輸距離）放大以后，送入光波長(zhǎng)分波器分解出原來的各路光信號(hào)[6]。應(yīng)用范圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線路放大器所不能比擬的，分述如下： 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以及相干光通信的功率放大器。如果需要擴(kuò)容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。  一個(gè)摻鉺光纖放大器可同時(shí)傳輸若干波長(zhǎng)的光信號(hào)，即用光波復(fù)用擴(kuò)容時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。 線路放大器 把摻鉺光纖放大器至于光纖傳輸線路中，將已被衰減了的小信號(hào)進(jìn)行放大，可以大大延長(zhǎng)傳輸距離，也成為中繼放大器。用戶接入網(wǎng)中的光纖放大器光纖放大器在用戶接入網(wǎng)中也占有重要地位。將光纖放大器置于光發(fā)射機(jī)后端，以提高入纖的光功率，使整個(gè)線路系統(tǒng)的光功率得到提高，以滿足各級(jí)需要，這就要用到光纖功率放大器。摻鉺光纖放大器在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是補(bǔ)償傳輸中的光纖損耗，根據(jù)放大器在系統(tǒng)中的位置及作用，可以分成以下三種類型：?。╞oosterAmplifier），處于合波器之后，用于對(duì)合波以后的多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行功率提升，然后再進(jìn)行傳輸，由于合波后的信號(hào)功率一般都比較大，所以，對(duì)一功率放大器的噪聲指數(shù)、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。摻鉺光纖放大器除了放大輸入的光信號(hào)之外，還產(chǎn)生ASE噪聲，可以等效成一個(gè)理想的增益為G的放大器，和一個(gè)功率為Pase的噪聲源相疊加。換一個(gè)角度說，傳輸距離相同的情況下，降低中繼長(zhǎng)度，增加中繼個(gè)數(shù)，要比增加中繼長(zhǎng)度，減少中繼個(gè)數(shù)時(shí)有較小的Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR）?！　姐s光纖放大器的增益特性是小輸入光信號(hào)增益大，大輸入光信號(hào)時(shí)增益小，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果不對(duì)線路光纖放大器的增益進(jìn)行控制的話，那么，在輸入信道少時(shí)（小輸入光信號(hào)）的增益要比輸入信道多時(shí)（大輸入光信號(hào)）增益大，這會(huì)造成輸入信道少時(shí)，每個(gè)信道輸出功率大，在極端情況下，只有一個(gè)輸入信道，那么，就有可能造成輸出光信號(hào)足夠大，在光纖傳輸中產(chǎn)生非線性失真。它提供從元件到系統(tǒng)水平在傳輸層光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)和預(yù)研，同時(shí)呈現(xiàn)可視化的分析及特定結(jié)果。OptiSystem使用戶可以設(shè)計(jì)、測(cè)試、和模擬：WNM/TDM 或CATV網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，SONET/SDH環(huán)設(shè)計(jì)，發(fā)射系統(tǒng)、信道、放大器、和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，色散圖設(shè)計(jì)，評(píng)估BER和不同接收模型的系統(tǒng)代價(jià)，放大系統(tǒng)BER和連接開支計(jì)算。2 結(jié)合Optiwave軟件工具OptiSystem允許客戶采用特殊的Optiwave軟件工具用于元件層面的集成和光纖光學(xué)：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating，和OptiFiber。5 先進(jìn)的查看工具（Advanced visualization tools）先進(jìn)的查看工具產(chǎn)生OSA光譜、信號(hào)啁啾、眼圖、偏振態(tài)、星形圖等等。你可以連接任意數(shù)目的觀察器到同一個(gè)端口的監(jiān)視器上。8 強(qiáng)大的腳本語言（Powerful Script language）你可以輸入算數(shù)表達(dá)式作為參數(shù)和創(chuàng)建全局參數(shù)（采用VB Script語言可以在元件和系統(tǒng)中進(jìn)行共享）。CIDF主要采用運(yùn)行時(shí)間進(jìn)程表、支持條件、數(shù)據(jù)依賴迭代、和真實(shí)遞歸。11 材料清單（Bill of materials）OptiSystem提供被設(shè)計(jì)、安裝的系統(tǒng)的成本分析表。設(shè)計(jì)可以被獨(dú)立地計(jì)算和修改，但是計(jì)算結(jié)果可以在不同設(shè)計(jì)間交叉結(jié)合，允許進(jìn)行比較。一個(gè)理想的ROF模擬應(yīng)用解決方案。18 星座和極線圖（Constellation and Polar Diagrams）一個(gè)新的OptiSystem中的計(jì)算引擎用于估計(jì)用戶定義區(qū)域和對(duì)象的誤碼。4 摻鉺光纖放大器的工作原理及放大分析石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可構(gòu)成多能級(jí)的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號(hào)光直接放大。尤其是EDFA，發(fā)展最為迅速，已實(shí)用化在摻鉺光纖發(fā)展的基礎(chǔ)上，不斷出現(xiàn)許多新型光纖放大器，例如，以摻鉺光纖為基礎(chǔ)的雙帶光纖放大器(DBFA)，是一種寬帶的光放大器，寬帶幾乎可以覆蓋整個(gè)波分復(fù)用(WDM)帶寬。泵浦光源——泵浦光用于供給摻鉺光纖中鉺粒子的能量，使其吸收能量躍遷到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。光濾波器———帶寬為1 nm以下的窄帶光濾波器，用于消除放大器的自發(fā)輻射光，以降低放大器的噪聲。當(dāng)信號(hào)光子通過摻鉺光纖，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過摻鉺光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er3+離子對(duì)信號(hào)光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子[9]。3dB飽和輸出功率是指當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率，該參數(shù)反映了EDFA的最大功率輸出能力，EDFA的飽和輸出特性與泵浦功率大小、摻鉺光纖長(zhǎng)短有關(guān)。 EDFA的放大設(shè)計(jì) 模型設(shè)計(jì)布局圖。 未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大后的噪聲由上圖可以看出噪聲的波動(dòng)在65dbm——25dbm之間，波動(dòng)比較強(qiáng)烈對(duì)最后結(jié)果影響比較大。對(duì)于優(yōu)化設(shè)置的一些說明：Main：優(yōu)化方式為“Gain Flatten”增益平坦方式，所要優(yōu)化達(dá)成的目標(biāo)為“Exact”，優(yōu)化循環(huán)數(shù)為60，有其他參數(shù)限制條件。 EDFA增益的優(yōu)化進(jìn)程我們可以用光譜儀（OSA）對(duì)經(jīng)過EDFA前后的16個(gè)信道的光信號(hào)做檢測(cè)分析，從以上結(jié)果分析可以很清楚的得到經(jīng)過OptiSystem的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化后，信號(hào)的增益在一個(gè)平坦的曲線上，這可從為經(jīng)過EDFA的光譜圖（）和經(jīng)過EDFA的光譜圖（）的比較看出；優(yōu)化的結(jié)果是十分成功的，這為我們提供了對(duì)所要設(shè)計(jì)的元件參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化指明了方向。(1) EDFA工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致恰好落在最佳波長(zhǎng)區(qū) (1300~1600nm)。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子中，且集中在光纖芯子中的近軸部分，餌信號(hào)光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng)，這使得光與媒質(zhì)的作用很充分；再加之有較長(zhǎng)的作用長(zhǎng)度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。輸出功率在單光譜時(shí)可達(dá)14dBm，而在雙泵浦時(shí)可達(dá)17dBm，甚至20dBm。極化光纖器件是一種新型的全玻璃光纖有源器件，它充分利用了①熔石英光纖優(yōu)良的透明性和很低的群速色極化光纖器件散；②與晶體材料的非線性光學(xué)器件或電光器件相比，它的制造成本很低，易集成化和封裝簡(jiǎn)便；③具有較高的光學(xué)損傷閾值；④具有較高的可靠性和較低的插入損耗。EDFA對(duì)溫度不敏感，在100℃范圍內(nèi)，增益特性保持穩(wěn)定。對(duì)不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，與準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)和同步數(shù)字體系(SDH) 的各種速率兼容，調(diào)制方案可以任意選擇。 (2) 增益帶寬不平坦。(4) 光纖的色散和非線性效應(yīng)可以無阻礙地得到積累。(2)線路放大器處于功率放大器之后，用于周期性地補(bǔ)償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲