【正文】 CATV 系統(tǒng)的前端將發(fā)射機(jī)的輸出光放大后再進(jìn)行分配，以供各方向的光纖干線傳輸用。 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。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 光纖放大器 光纖放大器不但可對(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(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對(duì)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(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。 如果泵浦源的強(qiáng)度越來越大 ， 電子將會(huì)趨向于累積在導(dǎo)帶的底部 ， 空穴趨 向于累積在價(jià)帶的頂部 ， 直到電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止 。這兩個(gè)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(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中 ， 同時(shí)在價(jià)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(jià)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(shí) ， 導(dǎo)帶底的電子還要躍遷到價(jià)帶頂與空穴復(fù)合 ， 并同時(shí)發(fā)射光子 ， 二者形成動(dòng)態(tài)平衡 ， 與熱平衡狀態(tài)下的情況不同 ， 這時(shí)的電子和空穴為非平衡載流子 ， 載流子的分布不再是費(fèi)米統(tǒng)計(jì)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理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 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(hào)強(qiáng)度得到補(bǔ)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(hào)光，從而使信號(hào)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(hào)。重點(diǎn)關(guān)注了摻鉺光纖放大器 的放大過程以及 對(duì) 摻餌光纖放大器各信道增益不平坦問題進(jìn)行了初步研究并分析。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。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長 ， 等諸多特點(diǎn)。首先對(duì)光纖放大器的種類進(jìn)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(duì)摻鉺光纖放大器工作原理 進(jìn)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 光纖放大器 ...................................................................................................... 4 摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史 .................................................................................... 4 EDFA 的發(fā)展方向 ..................................................................................................... 5 2 EDFA 在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用 ................................................................................... 7 波分復(fù)用（ WDM）的基本概念 .............................................................................. 7 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成 ...................................................................................... 7 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用 ....................................................................... 8 WDM 系統(tǒng)對(duì) EDFA 的要求 ........................................................................... 8 密集波分復(fù)用（ DWDM）原理概述 ........................................................... 10 EDFA 在密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析 ...................................... 11 EDFA 在 DWDM 系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式 .............................................. 11 DWDM 中對(duì) EDFA 的主要性能要求 .......................................................... 13 3 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計(jì)軟件 ——OptiSystem ............................................................. 15 獨(dú)特優(yōu)勢 .................................................................................................................. 15 應(yīng)用領(lǐng)域 .................................................................................................................. 15 功能說明 .................................................................................................................. 15 4 摻鉺光纖放大器的工作原理及放大分析 ........................................................................ 19 摻鉺光纖放大器的介紹 ............................................................................................ 19 EDFA 的放大原理 ......................................................................................... 20 EDFA 的基本性能 ......................................................................................... 21 EDFA 的放大設(shè)計(jì) ................................................................................................... 21 模型設(shè)計(jì)布局圖 ............................................................................................ 21 研究分析 ........................................................................................................ 22 EDFA 的優(yōu)缺點(diǎn) ....................................................................................................... 31 EDFA 的主要應(yīng)用形式 ........................................................................................... 33 EDFA 的增益特性 ................................................................................................... 33 結(jié) 論 ........................................................................................................................................ 36 致 謝 ........................................................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 38 附 錄 ........................................................................................................................................ 39 附錄 A 英文原文 .......................................................................................................... 39 附錄 B 中文翻譯 .......................................................................................................... 48 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 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。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。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。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但 產(chǎn)量很小。于是，人們設(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。光放大器主要有兩類：光纖光放大器和半導(dǎo)體光放大器。另外 ， 通