【正文】 現(xiàn)的是控制損耗，因此首要任務(wù)是盡可能的減小系統(tǒng)在傳輸過程中存在的損耗，其次是通過在傳輸線路中加中繼站來使得衰減的光信號(hào)被放大。]。1989年日本的NTT公司成功將1480nm的半導(dǎo)體激光器作為EDFA的泵浦源，并開展了關(guān)于光放大器原理及應(yīng)用相關(guān)的會(huì)議，這對(duì)今后EDFA的創(chuàng)新奠定了厚實(shí)的基礎(chǔ)。EDFA不僅延長(zhǎng)傳輸?shù)木嚯x，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和節(jié)約成本，而且還提高了整體的可靠性，為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的跨洋海底和陸地通信提供了技術(shù)保障。EDFA 的核心部分是摻鉺光纖，是在石英基質(zhì)中摻入鉺離子制成，它利用鉺離子的受激輻射原理來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。光濾波器能夠?yàn)V除EDFA的噪聲，改善摻鉺光纖放大器系統(tǒng)性能的可靠性和穩(wěn)定性。這種泵浦方式能輸出很高的信號(hào)功率，但噪聲性能較差。 EDFA的放大原理EDFA采用的是石英（）中的作為光增益的介質(zhì)，它的原理基于受激輻射放大。其中能帶為基態(tài)，能帶為亞穩(wěn)態(tài)，粒子在亞穩(wěn)態(tài)上的平均壽命為十毫秒；能帶為激發(fā)態(tài)，其在激發(fā)態(tài)的壽命大約為一微秒。設(shè)在E2上的粒子數(shù)密度是，單位體積內(nèi)的增益介質(zhì)的總的粒子數(shù)是，滿足能量守恒條件，可維象地描述為： (21)其中，為自發(fā)輻射速率，稱為Einstein自發(fā)輻射系數(shù)， 表示為量綱，該量綱的倒數(shù)是E2能級(jí)上的粒子的自發(fā)輻射壽命[[]王志強(qiáng). 基于兩級(jí)泵浦機(jī)制EDFA增益平坦化的研究. [學(xué)位論文]碩士, 2011]： (22)(2)自發(fā)輻射處于高能態(tài)E2的一個(gè)粒子通過發(fā)射出一個(gè)能量為的光子而躍遷到低能級(jí)E1，該過程被稱為自發(fā)輻射。為粒子的受激吸收截面。但是由于807nm、665nm等附近的能帶的泵浦光源易發(fā)生受激吸收，造成泵浦光功率利用率降低、粒子數(shù)數(shù)目也相應(yīng)的減少，量子效率降低以及增益也降低。表21 受激躍遷表泵浦波長(zhǎng)1480nm980nm807nm655nm躍遷能級(jí)躍遷至躍遷至躍遷至躍遷至當(dāng)用980nm的泵浦光源作為泵浦光去激勵(lì)鉺離子時(shí)，由圖29中的過程①為鉺離子的躍遷過程，在激發(fā)態(tài)上載流子的壽命只有1us，因此在激發(fā)態(tài)是極其不穩(wěn)定，它會(huì)以非輻射衰變的方式并從激發(fā)態(tài)躍遷到亞穩(wěn)態(tài)上去，該過程如圖29中的②所示。該過程如圖29中的⑦過程。 EDFA的工作原理輸出光信號(hào)光耦合器光隔離器光隔離器光濾波器摻鉺光纖 圖210 EDFA工作原理結(jié)構(gòu)之一泵浦光源輸入光信號(hào)典型的一個(gè)EDFA是由摻鉺光纖、光波分復(fù)用器、光隔離器、泵浦源和光濾波器等器件組成，它的一個(gè)簡(jiǎn)單的工作原理結(jié)構(gòu)圖，如圖210。EDFAEDFA光發(fā)射機(jī)光纖圖211 EDFA作為前置放大器光接收機(jī)光纖EDFAEDFA圖212 EDFA作為功率放大器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖光纖光纖圖213 EDFA作為光中繼器(3)中繼放大器：在傳輸光纖中每隔一定的距離放置一個(gè)光放大器，它位于光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)之間，如圖213。從圖31可知，在一定條件下，放大器增益隨著泵浦光功率的增加不斷增加；當(dāng)泵浦光功率大到一定值時(shí)，放大器增益的增長(zhǎng)速率逐漸變小，放大器功率增益也趨向飽和。最大增益G的表達(dá)式為： (34)由于。 EDFA的增益飽和特性從圖33可以看出，在光纖長(zhǎng)度一定的條件下，功率增益隨泵浦功率的增加而增加，但當(dāng)泵浦功率大到某一值之后，放大器增益趨向不變的現(xiàn)象叫做增益飽和。3dB飽和輸出功率與摻鉺光纖的長(zhǎng)度和泵浦功率的大小有關(guān)，如果EDF長(zhǎng)度越長(zhǎng)，那么3dB飽和輸出功率越大；當(dāng)泵浦功率越大的時(shí)候，3dB飽和輸出功率也隨著增大。但對(duì)于不同波長(zhǎng)的泵浦源，噪聲特性也是各有各的差異。 三能級(jí)原子速率方程EDFA采用980nm泵浦時(shí)，該系統(tǒng)屬于一個(gè)典型的三能級(jí)躍遷系統(tǒng)，其中能級(jí)1為基態(tài)，能級(jí)2為亞穩(wěn)態(tài)，能級(jí)3為激發(fā)態(tài)。其中雙端口波分復(fù)用分析儀分析增益，光譜儀分析頻譜，光功率計(jì)用來測(cè)量輸出功率。圖52 摻鉺光纖長(zhǎng)度與不同增益的曲線 EDF長(zhǎng)度對(duì)EDFA增益的影響在泵浦功率給定的條件下，改變摻鉺光纖長(zhǎng)度能影起EDFA功率增益的變化[[]張學(xué)勇,陳永詩. 摻鉺光纖放大器特性分析及長(zhǎng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].光通信研究，1997（2）：2126]。當(dāng)光纖長(zhǎng)度增大到8m以后，增益不僅不再增加，反而逐漸下降。 泵浦功率對(duì)EDFA增益的影響表52 不同泵浦功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益PumpPower (mW)Gain 1(dB)7100泵浦功率 (mW)功率增益 (dB)圖55 信號(hào)功率增益與泵浦功率的關(guān)系如圖55所示，在摻鉺光纖長(zhǎng)度為1m，泵浦波長(zhǎng)為980nm的情況下，信號(hào)功率增益隨著泵浦功率的增大而增大，當(dāng)泵浦功率達(dá)到90mW左右時(shí)，功率增益開始出現(xiàn)下降，此時(shí)放大器的功率增益出現(xiàn)了飽和，即隨著泵浦功率的增加然而功率增益基本保持不變。未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置EDFA的功率增益為26dB，而經(jīng)過參數(shù)設(shè)置后的增益為20~16dB，說明經(jīng)過參數(shù)設(shè)置之后EDFA的功率增益被放大。 雙泵浦的增益特性分析 建立仿真模型如下圖59所示，該仿真模型由兩個(gè)泵浦激光器組成，其中泵浦波長(zhǎng)均為980nm。圖510 經(jīng)過參數(shù)設(shè)置后的光譜圖圖511和圖512分別為未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置的光譜圖和經(jīng)過參數(shù)設(shè)置后的輸出光譜圖，由圖512可以看出經(jīng)過參數(shù)設(shè)置后，EDFA的噪聲上下波動(dòng)在64dBm與24dBm之間，相對(duì)而言波動(dòng)范圍比較的大，因此EDF長(zhǎng)度的變化對(duì)最后輸出光譜圖的影響比較大。其他仿真系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如圖514所示。未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置EDFA的功率增益為26dB，而經(jīng)過參數(shù)設(shè)置后的增益為0~10 dB，說明經(jīng)過參數(shù)設(shè)置之后EDFA的功率增益被放大。泵浦功率從0mW增大到90mW的這一階段，功率增益從4dB增大到了17dB，該過程的增益隨著泵浦功率的增大而增大；當(dāng)泵浦功率超過90mW以后，功率增益開始出現(xiàn)下降，當(dāng)泵浦功率為100mW時(shí)對(duì)應(yīng)的功率增益約為17dB；功率增益最大值的時(shí)候，所對(duì)應(yīng)的泵浦功率為90mW，說明90mW的泵浦功率值為陣列泵浦的最優(yōu)泵浦功率值。(1)在泵浦功率一定的條件下，EDFA的增益隨著EDF長(zhǎng)度的增大而增大；當(dāng)EDF長(zhǎng)度達(dá)到一定值以后，EDFA增益隨著EDF長(zhǎng)度的增大而減小；在EDF長(zhǎng)度為某一值時(shí)，功率增益最大，此時(shí)的EDF長(zhǎng)度為最大功率增益的長(zhǎng)度。本文的設(shè)計(jì)也存在一些不足之處，主要是以下兩個(gè)方面：首先，我們只是對(duì)影響EDFA增益特性其中的一些因素（泵浦功率和EDF長(zhǎng)度）進(jìn)行了分析，沒有分析影響噪聲特性的因素。在即將畢業(yè)之刻，祝恩師們身體健康，事業(yè)有成！同時(shí)祝母校蒸蒸日上，再創(chuàng)輝煌！作者簡(jiǎn)介姓 名：賴曉強(qiáng) 性別：男出生年月：199210 民族：漢Email:cuitlxq聲 明本論文的工作是2015年2月至2015年6月在成都信息工程學(xué)院光電技術(shù)學(xué)院完成的。（3）學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈(zèng)送和交換學(xué)位論文。特此聲明！作者簽名： 年 月