【正文】 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。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。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 CATV 用摻鉺光纖放大器？它的應(yīng)用狀況如何？ 在近幾年來(lái)，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(guó)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。目前光纖放大器主 要有摻鉺光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據(jù)其在光 纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率；在接收機(jī)之前作光預(yù)放大器以極大地提高光接收機(jī)的靈敏 度；在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長(zhǎng)傳輸距離。 通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇半導(dǎo)體材料 , 就可獲得能使發(fā)射或吸收波長(zhǎng)處于光通信所需要的范圍 (如 1300nm或 1550nm)內(nèi)的帶隙。 一個(gè)帶隙Ex把處在下面的導(dǎo)帶和上面的價(jià)帶分開(kāi) , 這樣 , 從一個(gè)能帶轉(zhuǎn)移到另一個(gè) 能 帶內(nèi)所發(fā)生的能量改變至少是 Eg, 因此 , 若 hvE 則半導(dǎo)體吸收光子 , 當(dāng)吸收了 泵浦光子后就會(huì)在導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子 , 而在價(jià)帶中留下空穴 , 然后電子和空穴都 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 6 迅速向能帶的最底點(diǎn)弛豫 , 并通過(guò)發(fā)射一個(gè)能量為禁帶寬度能量的光子復(fù)合。自發(fā)輻射躍遷是指占據(jù)高能態(tài)的電子可以自發(fā)地躍遷到低的空能態(tài)與空穴復(fù)合 , 同時(shí)發(fā)射一個(gè)光子 , 這一過(guò)程稱為自發(fā)輻射發(fā)光受激輻射躍遷是指與一個(gè)理想的光子相互作用后導(dǎo)致的受激輻射。 在半導(dǎo)體中電子的能級(jí)限制在導(dǎo)帶和價(jià)帶兩個(gè)帶內(nèi) , 在導(dǎo)帶中電子 充當(dāng)移動(dòng)載流子 , 在價(jià)帶中空穴充當(dāng)載流子。 它雖也是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)放大發(fā)光但發(fā)光的媒介是非平衡載流子即電子空穴對(duì)而非稀有元素。 目前 , 實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)半導(dǎo)體光放大器的方法有很多種 , 如張應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用張應(yīng)變量子阱和壓應(yīng)變量子阱的混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)等。實(shí)際的放大器 , 傳輸光是數(shù)微米的點(diǎn)光 ,可以研究假想波導(dǎo)模嚴(yán)格的無(wú)反射條件。另外 , 通過(guò)改變所使用的半導(dǎo)體材料的組成可以使波長(zhǎng)使用范圍超過(guò) 100nm, 這是半導(dǎo)體光放大器的一個(gè)突出特點(diǎn)。 光放大器主要有兩類：光纖光放大器和半導(dǎo)體光放大器。于是，人們?cè)O(shè)想，是否用光放大器直接進(jìn)行光信號(hào)放 大，以實(shí)現(xiàn)全光通信。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。這種光放大器已開(kāi)始商品化了，不過(guò)相當(dāng)昂貴。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。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。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。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)。所以只適用于近、中距離傳 的遠(yuǎn)距離傳輸。因此 ,從 90 年代后期起 WDM 的發(fā)展，也推動(dòng)了 EDFA 的進(jìn)步。衰減是指光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸過(guò)程中，產(chǎn)生的光功率損耗而言。 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。 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。用光來(lái)傳遞信息也是很早之前就有的。 本論文介紹了摻鉺光纖放大 器 (簡(jiǎn)寫 EDFA)的相關(guān)理論。 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 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。 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。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(jiàn)到烽火，馬上派兵相助 ,抵抗敵人。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。關(guān)于色散問(wèn)題將另外探討。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)。但由于 m的 SMF 傳輸損耗較大（一般為 ／ km）。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。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。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)。摻鐠光纖放大器的增益帶在 1310nm 附近。其工作帶寬可以說(shuō)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(lái)了不少問(wèn)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，