【正文】 設(shè)置直接 進(jìn)行 放大的光譜圖是什么樣子。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 未經(jīng)過(guò)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(shuō)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。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 圖 MPO 中要優(yōu)化的參數(shù) Result：這里要設(shè)定我們希望最后優(yōu)化完成的目標(biāo)，在本例中為 16 個(gè)信道的增益平坦一致為 23dB，如圖 所示。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 圖 經(jīng)過(guò) EDFA 的光譜圖（不考慮噪聲只看信道光譜 ） 由上圖可以看出經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)置放大器的 16 信道光譜圖波動(dòng)在 20dbm 與 25dbm 之間，相對(duì)比較平坦。因?yàn)槭枪饫w型放大器，易于與傳輸光纖耦合連接，也可以用熔接在一起，熔接后反射損耗小。 (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。 (5) 頻帶寬，在 1310nm 和 1550nm窗口各有 2040nm 帶寬，可以進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用，對(duì)比特率高于 。例如：在高速光纖通訊領(lǐng)域 ， 可作為光纖調(diào)制器 ， 可調(diào)制相位和偏振態(tài) ， 在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)下 ， 還可調(diào)制振幅 ，也可作為高速光開(kāi)關(guān) ； 在非線性光學(xué)領(lǐng)域 ， 可作為光學(xué)參量頻率轉(zhuǎn)換器件 ， 光子對(duì)放大器 ， 例如利用三波混頻 ， 以擴(kuò)展高功率二極管激光器的波長(zhǎng)范圍 ； 在光纖傳感領(lǐng)域 ， 其可調(diào)制特性 ， 可作為本征光纖傳感器 ， 測(cè)量電壓等參量 ； 帶有布拉格反射光柵的、集成化的電光有源光纖傳感器在替代現(xiàn)有傳感器上是 非常吸引人的。 (9) 可以同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，高比特率信號(hào)和低比特率信號(hào)。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 當(dāng)然 EDFA 也有其固有的缺點(diǎn) ： (1)波長(zhǎng)范圍固定。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 (1)功率放大器把 EDFA 置于光發(fā)射機(jī)半導(dǎo)體激光器之后，光信號(hào)經(jīng) EDFA 放大后進(jìn)入光纖線路，從而使光纖傳輸?shù)臒o(wú)中繼距離增大，可達(dá) 200km以上。 (3)前置放大器處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號(hào)放大，提高接收機(jī)的靈敏度。如果綜合上述各種應(yīng)用，一個(gè) EDFA 用作接收機(jī)前置放大器，另一個(gè) EDFA用作發(fā)送機(jī)的功率提升放大器，就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的無(wú)中繼傳輸。首先分析EDFA 的增益特性。它的泵浦光波長(zhǎng)為 ，信號(hào)光波長(zhǎng)為 181。可以這樣認(rèn)為，當(dāng)長(zhǎng)度 L Lopt 時(shí)，泵浦光功率 Pp(z) Ppth，在整個(gè)長(zhǎng)度的 EDF 上，處處滿足放大條件，從而最大限度利用了泵浦光功率。泵浦閾值功率 Ppth，只有 。還可得知， Lopt 與輸入泵浦光功率有關(guān)，泵浦光功率越大， Lopt 也越長(zhǎng)以光纖長(zhǎng)度 1做參變量給出了增益G 與泵浦功率凡之間的關(guān)系。用泵浦光功率Pp 做參變量，給出了增益 G (dB)與光纖長(zhǎng)度 1之間的關(guān)系曲線。 EDFA 的放大特性的放大特性 。 EDFA 的增益特性 增益 G 是 指輸出信號(hào)光功率 Pout 與輸入信號(hào)光功率 Pin 之比，一般以分貝 (dB)來(lái)表示。把EDFA 置于光接收機(jī) PIN 光檢側(cè)器的前面，來(lái)自光纖的信號(hào)經(jīng) EDFA 放大后再由 PIN 檢測(cè)。 (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指數(shù)，較大的輸出光功率。 (4) 光纖的色散和非線性效應(yīng)可以無(wú)阻礙地得到積累。 (2) 增益帶寬不平坦。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。 EDFA 對(duì)溫度不敏感，在 100℃ 范圍內(nèi)，增益特性保持穩(wěn)定。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。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。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 ；理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 再加之有較長(zhǎng)的作用長(zhǎng)度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。 (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)。 圖 EDFA 增益的優(yōu)化進(jìn)程 我們可以用光譜儀（ OSA）對(duì)經(jīng)過(guò) 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(guò) 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(guò) EDFA 的光譜圖（圖 ）和經(jīng)過(guò) EDFA 的光譜圖（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。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 EDFA 增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置 Parameters：在本項(xiàng)中設(shè)置了需要優(yōu)化的參數(shù)，一為泵浦光源的功率，這里選擇0160mW，初始值為 100；另一為摻鉺光纖的長(zhǎng)度，范圍為 140m，初始值為 4m。雖然實(shí)現(xiàn)了放大，但是增益不是十分平坦。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 圖 未經(jīng)過(guò)設(shè)置參數(shù)而放大后的光譜圖 下面分別對(duì) 未經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)置放大器 放大后的噪聲及光譜進(jìn)行觀察 分析。 EDFA 的放大設(shè)計(jì) 模型設(shè)計(jì)布局圖 如圖 所示 。 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)。如圖 所示 。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 EDFA 的結(jié)構(gòu) EDFA 的放大原理 EDFA 的放大作用是通過(guò) 1550nm 波段的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與 Er3+離子相互作用產(chǎn)生的。 隔離器 ——用于抑制光的來(lái)回反射 ， 保證放大器工作穩(wěn)定。類似的產(chǎn)品還有超寬帶光放大器 (UWOA)，它的覆蓋帶寬可對(duì)單根光纖中多達(dá) 100 路波長(zhǎng)信道進(jìn)行放大 [8]。提供合適的反饋后則構(gòu)成光纖激光器。先進(jìn)分析工具組（ Advanced Analysis Toolsets）光子全參數(shù)分析器同時(shí)測(cè)量偏振模散射（ PMD）和記錄多路徑。 16 光纖和放大器（ Optical Fibers and Amplifiers） 一個(gè)新的離散化參數(shù)用于寬帶采用信號(hào)，為摻雜放大器增益和布里淵計(jì)算提供了更好的性能、精度和收斂。 13 Optisystem的新特征 新 版本的 OptiSystem 在基于 FTTx 的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（ PON）、光無(wú)線通信（ OWC）、和光纖廣播系統(tǒng)（ ROF）方面的設(shè)計(jì)得到了一系列的加強(qiáng)。成本數(shù)據(jù)可以輸出到其它軟件或電子表格中。 10 報(bào)告頁(yè)面（ Report page） 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 一個(gè)用戶定制的報(bào)告頁(yè)面允許顯示在設(shè)計(jì)中的設(shè)定的任何參數(shù)和可用結(jié)果。在使用腳本頁(yè)（ script page ）時(shí)腳本語(yǔ)言可以操作和控制OptiSystem，包括計(jì)算、 Layout 創(chuàng)建和數(shù)據(jù)處理。 7 用子系統(tǒng)分等級(jí)模擬（ Hierarchical simulation with subsystems） 為使模擬工具更加靈活高效， 有必要提供 在不同層面的模擬，包括系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元件層面。還包括WDM 分析工具列出信號(hào)功率、增益、噪聲圖、以及每個(gè)信道的 OSNR。 3 混合信號(hào)表示（ Mixed signal representation） OptiSystem 為元件庫(kù)里光信號(hào)和電信號(hào)處理混合信號(hào)方程。 功能說(shuō)明： 1 Component Library(元件庫(kù) ) OptiSystem 元件庫(kù)包含數(shù)百給元件，使你可以輸入從實(shí)際設(shè)備中測(cè)得的參數(shù)。結(jié)合其它 Optiwave 產(chǎn)品和工業(yè)中主要電子設(shè)計(jì)軟件的工具，使 OptiSystem加快您的產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度和減小回報(bào)周期。因此，線路放大器必須具有增益鎖定功能，保證在輸入是大信號(hào)和小信號(hào)時(shí)，增益都是一樣的，即每個(gè)信道的輸出光功率在輸入信道增減時(shí)都保持恒定。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了選擇中 繼距離外，選用噪聲指數(shù)小的摻鉺光纖放大器也是提高光信噪比的一種有效的方法。對(duì)于一個(gè) N 個(gè)放大器的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，每一級(jí)放大器將前一級(jí)的 ASE 噪聲放大 G 倍，同時(shí)疊加上本身產(chǎn)生的 ASE噪聲，噪聲逐級(jí)積累，于是，光信噪比（ OSNR）將逐級(jí)劣化。 （ LineAmplifier），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指數(shù)，較大的輸出光功率。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。 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。 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。如果有必要，還可將中繼距離延長(zhǎng)更遠(yuǎn)。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖像、數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。即如果線路上已采用摻鉺光纖放大器做功率放大器，那么，不管它需要傳輸數(shù)字信號(hào)還是 傳輸模擬信號(hào)，不必改變摻鉺光纖放 大器線路設(shè)備。 EDFA 在密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析 EDFA 在 DWDM 系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式 EDFA 是目前光放大器市場(chǎng)的主流品種，在 DWDM 系統(tǒng)、接入網(wǎng)和有線電視領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在 CATV 系統(tǒng)中通常作為功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率，使發(fā)射機(jī)覆蓋的用戶數(shù)大大增加，也可作為光纖線路的中繼放大器，以補(bǔ)償光分路器及線路損耗，使傳輸距離大大增加。人們通常把光信道間隔較大（甚至在光纖不同窗口上）的復(fù)用稱為光波分復(fù)用（ WDM），再把在同一窗口中信道間隔較小的 DWDM 稱為密集波分復(fù)用（ DWDM）。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來(lái)提高系統(tǒng)的傳輸容量。 密集波分復(fù)用（ DWDM）原理概述 DWDM 技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，允許各載波信道在光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。 在某些情況下，光放大器的輸出功率非常高，可能非常接近光纖安全功率的極限。在發(fā)送端，除了傳輸信號(hào)的工作波長(zhǎng)外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個(gè)波長(zhǎng)作為飽和波長(zhǎng)。 （ 3） EDFA 增益特性的優(yōu)化技術(shù) ?？煞譃闉V波器型和本征型兩類。通過(guò)多個(gè)長(zhǎng)周期的光柵組合，可以構(gòu)成具有與 EDFA 增益波長(zhǎng)特性相反的增益均衡器。增益均衡技術(shù)可以分為固定式的和動(dòng)態(tài)的。雖然增益差值不大，但當(dāng)多個(gè) EDFA 級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，這種增益差值會(huì)線性積累，嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)到達(dá)接收端后，有些高增益信道的接收光功率過(guò)大使接收機(jī)過(guò)載，而某些低增 益信道的接收光功率過(guò)小而達(dá)不到接收機(jī)靈敏度。如果希望進(jìn)一步增大帶寬，以利用波長(zhǎng)資源，則必須開(kāi)發(fā)新型的光放大器。 EDFA 作為功率放大器時(shí)，裝在光發(fā)送機(jī)之后，對(duì)光源發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償無(wú)源光器件的損耗和提高發(fā)送光功率。要求 EDFA 的增益足夠高，噪聲系數(shù)則越小越好?？康退俾氏赂叩慕邮侦`敏度（ 優(yōu) 于 50dBm）仍能正常工作。光放大器不但可以對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大器，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可 少的 關(guān)鍵器件。光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元（ OTU）將非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為 ITUT 所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，系統(tǒng)中應(yīng)用光 /電 /光（ O/E/O）的變換，即先用光電二極管 PIN 或 APD 把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 然后該電信號(hào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制，從而得到新的合乎要求的光波長(zhǎng)信號(hào)。因而，使用術(shù)語(yǔ)密集波分復(fù)用（ DWDMDense Wavelength Division Multiplexing），與此對(duì)照，還有波長(zhǎng)密度較低的 WDM 系統(tǒng)，較低密度的就稱為稀疏波分復(fù)用（ CWDMCoarse Wave Division Multiplexing）。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，頻率和波長(zhǎng)是緊密相關(guān)的，頻分也即波分，但在光通信系統(tǒng)中，由于波分復(fù)用系統(tǒng)分離波長(zhǎng)是采用光學(xué)分光元件，它不同于一般電通信中采用的濾波器，所以我們?nèi)詫烧叻殖蓛蓚€(gè)不同的系統(tǒng)。隨城域網(wǎng)建設(shè)的興起，光放大器在低價(jià)領(lǐng)域必有一番作為 [3]。 EDFA 是目前及未來(lái)一段時(shí)間放大器的主要選擇，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng) /接入網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。增益平坦型光纖放大器是 DWDM 傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可以十分有效地解決由于光波分復(fù)用 /解復(fù)用帶來(lái)的插入損耗，使 WDM 系統(tǒng)的中繼問(wèn)題變得十分簡(jiǎn)單。 光纖放大器作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊，納入網(wǎng)管系統(tǒng)的方法一般有兩種：其一是通過(guò)光纖放大器的 232C 接口電路將光纖放大器的性能參數(shù)和 告警信息傳輸給網(wǎng)管系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，顯示和處置。功率放大器是在