【正文】 ical fiber in realizing national information modernization access plays a more and more important role, is an indispensable part of modern munications network. Mo。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。其中還介紹了摻餌光纖放大器的優(yōu)缺點以及主要的應(yīng)用形式和增益特性。包括波分復(fù)用系統(tǒng)的組成，波分復(fù)用系統(tǒng)對摻餌光纖放大器的要求等等。而且未來的光纖光源是以更高功率，更寬更平坦光譜，超連續(xù)、多波長的方向發(fā)展。這種泵浦方式結(jié)合了前向泵浦與反向泵浦的優(yōu)點，使得泵浦光在光纖中均勻分布，從而其增益在光纖中也均勻分布。（2)反向泵浦泵浦光與信號光從不同的反向輸入EDFA，兩者在光纖中傳輸方向相反。達到穩(wěn)態(tài)時信號光的增益隨傳播長度的變化。當泵浦光功率、EDF一定時，輸入信號光功率不同時獲得的增益不同，輸入信號光功率越大，增益越小。 （5）取相同參數(shù)的摻餌光纖長度20m，信號光功率為1181。W。 （4）輸入信號光分別?。?a) 1181。但由于參數(shù)取值不同，相同泵浦光功率下信號光獲得的增益較小。W，輸出信號光功率與信號光增益與入射泵浦功率關(guān)系。泵浦閾值功率Ppth，只有Pp Ppth時，G ≥0,且L愈長，Ppth愈高?？梢赃@樣認為，當長度L Lopt時，泵浦光功率Pp(z) Ppth，在整個長度的EDF上，處處滿足放大條件，從而最大限度利用了泵浦光功率。 181。首先分析EDFA的增益特性。如果綜合上述各種應(yīng)用，一個EDFA用作接收機前置放大器，另一個EDFA用作發(fā)送機的功率提升放大器，就可以實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸。(3)前置放大器處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機的靈敏度。(1)功率放大器把EDFA置于光發(fā)射機半導(dǎo)體激光器之后，光信號經(jīng)EDFA放大后進入光纖線路，從而使光纖傳輸?shù)臒o中繼距離增大，可達200km以上。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段來進行增益譜補償。 當然EDFA也有其固有的缺點： (1)波長范圍固定。 (9) 可以同時傳輸模擬信號和數(shù)字信號，高比特率信號和低比特率信號。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?shù)慕Y(jié)構(gòu)下，還可調(diào)制振幅，也可作為高速光開關(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，光子對放大器，例如利用三波混頻，以擴展高功率二極管激光器的波長范圍；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。 (5) 頻帶寬，在1310nm和1550nm窗口各有2040nm帶寬，可以進行多信道傳輸，便于擴大傳輸容量，從而節(jié)省成本費用。 (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。因為是光纖型放大器，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。 經(jīng)過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)過參數(shù)設(shè)置放大器的16信道光譜圖波動在20dbm與25dbm之間，相對比較平坦。 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，在本例中為16個信道的增益平坦一致為23dB。雖然實現(xiàn)了放大，但是增益不是十分平坦。 未經(jīng)過EDFA的16信道光譜圖由上圖可以看出未經(jīng)過放大的的光譜是平坦的光譜圖，下面我們來觀察未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置直接進行放大的光譜圖是什么樣子。噪聲特性：EDFA的輸出光中，除了有信號光外，還有被放大的噪聲。EDFA的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為15dB~40dB。在摻鉺光纖中注入足夠強的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運到激發(fā)態(tài)上，處于激發(fā)態(tài)的Er3+離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。耦合器——用于將信號光和泵浦光耦合到摻鉺光纖中。下圖為摻鉺光纖放大器實物圖。摻Nd光纖放大器的工作波長為1060nm及1330nm，由于偏離光纖通信最佳宿口及其他一些原因，其發(fā)展及應(yīng)用受到限制。這一全面的新特征可以測量插入損耗（IL）、差分群速延遲（DGD）、偏振色散（PDC），消偏率，散射，散射斜度，和群延遲（GD）。四波混頻、布里淵散射模擬、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、和拉曼散射模擬都包含在OptiSystem的光纖模型中。14 雙向AWG（BiDirectional AWG）新特征加強了OptiSystem獨特的雙向能力，使PONs的AWG的設(shè)計更加容易。12 多設(shè)計版面（multiple layouts）你可以在同一個項目文件（project file）中創(chuàng)建多個設(shè)計，這使得創(chuàng)建和修改變得快速而高效。產(chǎn)生的結(jié)果可以被表示為大小可調(diào)、可以移動的電子列表、文本、2D和3D圖形。9 計算數(shù)據(jù)流實時查看（Stateoftheart calculation dataflow）計算流程列表通過決定元件模型（根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)流模型）的執(zhí)行系數(shù)來控制模擬。OptiSystem表現(xiàn)了在元件和系統(tǒng)上真正的分等級定義。6 數(shù)據(jù)監(jiān)視（Data monitors）你可以選擇元件端口用于保存數(shù)據(jù)，還可以在模擬終端粘貼監(jiān)視器（monitors）。OptiSystem采用與模擬精度和效率有關(guān)的適當?shù)臄?shù)值方法計算信號。它結(jié)合來自不同廠商的測試測量設(shè)備。 獨特優(yōu)勢：提供全面的系統(tǒng)性能洞察；評估參量靈敏度以輔助設(shè)計容差規(guī)格；為潛在客戶真實呈現(xiàn)設(shè)計選項和細節(jié)；為廣泛的系統(tǒng)特征參數(shù)的設(shè)定提供簡單接口；提供自動參數(shù)掃描和優(yōu)化；結(jié)合廣泛應(yīng)用的Optiwave產(chǎn)品。3 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計軟件——OptiSystem在成本效力和生產(chǎn)效率對于成功至關(guān)重要的光通訊工業(yè)里，獲獎軟件OptiSystem可以在光通訊系統(tǒng)、連接和元件的設(shè)計中最小化時間需要和降低成本。在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中為了容納更多的信道，提高系統(tǒng)容量，有兩種方法：一種是降低信道的間隔；另一種是拓展摻鉺光纖放大器的工作波長范圍。光信噪比定義：OSNR = Psig / Pase可以看出，可以通過提高每個信道的光功率即提高摻鉺光纖放大器的總輸出功率來提高光信噪比，也可以通過降低放大了大自發(fā)輻射噪聲（ASE噪聲）來提高光信噪比?！　。≒reAmplifier），處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機的靈敏度（在光信噪比(OSNR)滿足要求情況下，較大的輸入功率可以壓制接收機本身的噪聲，提高接收靈敏度），要求噪聲指數(shù)很小，對輸出功率沒有太大的要求[7]。在用戶網(wǎng)中，當用戶系統(tǒng)距離過長時需要使用線路放大器；為了提高各支路的光功率分配數(shù)量，也要使用這類放大器。這樣一來被分配到每個分支獲得光信號就相當?shù)娜?，不能保證用戶的終端設(shè)備的接收質(zhì)量。由于可以級聯(lián)使用，特別適合海底遠程通信和陸地超長距離傳輸使用。來自光纖的光信號經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測器檢測。如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實現(xiàn)160—200km無中繼通信。 摻鉺光纖放大器做功率放大器，可在不改變原有噪聲特性和誤碼率的前提下，直接放大數(shù)字、模擬活二者混合的數(shù)據(jù)格式，特別適合光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)升級。光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、與偏振無關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無關(guān)等特點，它已成為新一代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。隨著科技的進步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)波長間隔為納米級的復(fù)用，甚至可以實現(xiàn)波長間隔為零點幾個納米級的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴格而已，因此把波長間隔較小的8個波、16個波、32乃至更多個波長的復(fù)用稱為 DWDM。事實上，這樣的復(fù)用方法在光纖通信系統(tǒng)中是非常有效的。與通用的單信道系統(tǒng)相比，密集WDM（DWDM）不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等諸多優(yōu)點，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。因此，對于含有光放大器的WDM系統(tǒng)，安全特別重要。在正常情況下，該波長的輸出功率很小，當線路的某些信號失去時，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補償丟失的各波長信號的能量，從而保持EDFA輸出功率和增益保持恒定。采用放大波段內(nèi)的增益控制和光譜均衡方法，能取得EDFA增益特性優(yōu)化的良好結(jié)果。濾波器型是在EDFA中內(nèi)插無源濾波器將1530nm的增益峰降低，或?qū)ｉT設(shè)計其透射譜與EDFA增益譜相反的光濾波器將增益譜削平，但濾波器型結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，附加損耗大，輸出功率會減小。使用該技術(shù)，在1528～1568nm的40nm帶寬內(nèi)，可以實現(xiàn)增益偏差在5％以內(nèi)的帶寬增益平坦的EDFA?，F(xiàn)階段實用化的固定式增益平坦技術(shù)主要有光纖光柵技術(shù)和介質(zhì)多層薄膜濾波器技術(shù)等。因此，要使各信道上的增益偏差處于允許范圍內(nèi)，放大器的增益就必須平坦。 WDM系統(tǒng)對EDFA增益平坦度的要求EDFA的增益平坦度(GF)是指在整個可用增益的帶寬內(nèi)，最大增益波長點的增益與最小增益波長點的增益之差。通常工作于深飽和區(qū)，要求EDFA在保持適中的增益和噪聲系數(shù)下，能提供盡可能高的輸出光功率，必要時可用雙泵浦。 EDFA用作線路放大器時，可以直接插入到光纖傳輸鏈路中作為光中繼放大器，省去了電中繼器的光／電／光轉(zhuǎn)換過程，直接放大光信號，以補償傳輸線路損耗，延長中繼距離。但必須在EDFA之前下光路，而在EDFA之后上光路[4]。在目前實用的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)中，作為前置放大器、線路放大器、功率放大器使用。波分復(fù)用器可分為發(fā)端的光合波器。這里可以將一根光纖看作是一個“多車道”的公用道路，傳統(tǒng)的 TDM系統(tǒng)只不過利用了這條道路的一條車道，提高比特率相當于在該車道上加快行駛速度來增加單位時間內(nèi)的運輸量。波分復(fù)用是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個波段，每個波段作一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。2 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用 波分復(fù)用（WDM）的基本概念 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成光通信系統(tǒng)可以按照不同的方式進行分類。但EDFA級聯(lián)噪聲大以及帶寬受限，它與DRA混合使用，在長距離、大容量傳輸中是當前的一種優(yōu)秀方案。由于EDFA具有40nm的工作帶寬，它可以同時放大多個波長不同的光信號，因此它可以十分方便地應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中，補償各種光衰耗。其二是由光纖放大器的開關(guān)量信息接口向網(wǎng)管系統(tǒng)送開關(guān)量信息進行管理顯示。功率放大器與功率分配器也可考慮做成兩段重復(fù)使用[2]。 摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier ，縮寫為EDFA)是90年代開始在光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用的新型器件，它的推廣應(yīng)用為光纖通信技術(shù)帶來了一場革命。 光纖放大器 光纖放大器不但可對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件；由于這項技術(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實，是光纖通信發(fā)展史上的一個劃時代的里程碑。如果泵浦源的強度越來越大，電子將會趨向于累積在導(dǎo)帶的底部，空穴趨向于累積在價帶的頂部，直到電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達到動態(tài)平衡為止。這兩個過程類似于摻餌光纖放大器(EDFA)中的自發(fā)輻射和受激輻射過程。 半導(dǎo)體在外界激發(fā)下，可將價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，同時在價帶中留下空穴，所產(chǎn)生的電子和空穴分別躍遷到導(dǎo)帶底和價帶頂，這一過程只與晶格交換能量而不產(chǎn)生光發(fā)射，稱為無輻射躍遷，與此同時，導(dǎo)帶底的電子還要躍遷到價帶頂與空穴復(fù)合，并同時發(fā)射光子，二者形成動態(tài)平衡，與熱平衡狀態(tài)下的情況不同，這時的電子和空穴為非平衡載流子，載流子的分布不再是費米統(tǒng)計分布。半導(dǎo)體的發(fā)光可根據(jù)激發(fā)方式的不同分為光致發(fā)光、電致發(fā)光和陰極發(fā)光等。采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量子阱光放大器基本結(jié)構(gòu)圖。去除端面反射影響的另一種方法，也可以采用使端面傾斜的方法和窗結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體光放大器由有源區(qū)和無源區(qū)構(gòu)成，有源區(qū)為增益區(qū)，使用Inp這樣的半導(dǎo)體材料制作，與半導(dǎo)體激光器的主要不同之處是SOA帶抗反射涂層，以防止放大器端面的反射，排除共振器功效。光纖放大器又分為兩種，即摻稀土元素的光纖放大器和利用常規(guī)光纖的非線性效應(yīng)（如受激拉曼散射，受激希里淵散射等）的光放大器[1]。經(jīng)過多年的不懈努力，各種各樣的光放大器終于問世了。 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)，為了拓長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強度得到補充。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。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。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)。顧名思義，光放大器就是放大光信號。重點關(guān)注了摻鉺光纖放大器的放大過程以及對摻餌光纖放大器各信道增益不平坦問題進行了初步研究并分析。因而得到了普遍的應(yīng)運，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長，等諸多特點。首先對光纖放大器的種類進行大致的簡介，其次闡述了摻鉺光纖放大器的歷史和發(fā)展，以及對摻鉺光纖放大器工作原理進行了介紹又介紹了仿真軟件Optisystem的使用及功能。 Erbiumdoped fiber amplifier目 錄1 緒論 1 光纖通信系統(tǒng)中放大技術(shù) 1 光纖放大器的分類 1 半導(dǎo)體光放大器 2