【正文】 在此向孟老師表示深深的感謝和崇高的敬意！在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。（2）概括了一下?lián)金D光纖放大器在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用及簡要分析。如果提供部分前向泵浦，部分后向泵浦，則稱為雙向泵浦。 (c)雙向泵浦光激勵方式，前向泵浦光功率為4mW，反向泵浦光功率為4mW。閾值功率(Ppth)主要由EDFA的長度決定，大的入射功率比小的更加容易飽和。采用前向泵浦光激勵功率。信號光功率為1181。對一定的泵浦光功率，EDFA的增益開始隨著EDF的長度增長而增大，到某一長度時(shí)達(dá)到最大，然后隨著長度的進(jìn)一步增加，增益反而減小，可見有一個最佳長度(Lopt ) ，這時(shí)增益最大。G=Pout /Pin (1) G=10lg(Pout /Pin ) (dB) (2) 應(yīng)用上面給出的理論模型可以用數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算，從而得出光纖放大器的特性，其中最主要的是增益及噪聲特性。EDFA作為線路放大器有許多特殊功能是電子線路放大器不可比擬的。EDFA的增益譜寬大約40nm，但增益帶寬不平坦。 (8) 中繼器只有低速電子裝置和幾個無源器件，所以結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，體積小。噪聲指數(shù)低，一般為4～7dB。(2) 因?yàn)镋DFA的主體也是一段光纖，它與線路光纖的耦合損耗很小，耦合效率高。 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度，范圍為140m，初始值為4m。 EDFA增益平坦優(yōu)化設(shè)計(jì)布局圖 研究分析首先我們對未經(jīng)過摻餌光纖放大器進(jìn)行放大的光譜圖進(jìn)行觀察。 Er3+能級圖 EDFA的基本性能增益特性：增益特性表示了光放大器的放大能力，定義為輸出功率和輸入功率之比。隔離器——用于抑制光的來回反射，保證放大器工作穩(wěn)定。提供合適的反饋后則構(gòu)成光纖激光器。16 光纖和放大器（Optical Fibers and Amplifiers）一個新的離散化參數(shù)用于寬帶采用信號，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。成本數(shù)據(jù)可以輸出到其它軟件或電子表格中。在使用腳本頁（script page ）時(shí)腳本語言可以操作和控制OptiSystem，包括計(jì)算、Layout創(chuàng)建和數(shù)據(jù)處理。還包括WDM分析工具列出信號功率、增益、噪聲圖、以及每個信道的OSNR。 功能說明：1 Component Library(元件庫)OptiSystem元件庫包含數(shù)百給元件，使你可以輸入從實(shí)際設(shè)備中測得的參數(shù)。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和小信號時(shí)，增益都是一樣的，即每個信道的輸出光功率在輸入信道增減時(shí)都保持恒定。對于一個N個放大器的級聯(lián)系統(tǒng)，每一級放大器將前一級的ASE噪聲放大G倍，同時(shí)疊加上本身產(chǎn)生的ASE噪聲，噪聲逐級積累，于是，光信噪比（OSNR）將逐級劣化。線路放大器的顯著優(yōu)點(diǎn)是增益高，通常大于30dB。實(shí)踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線傳輸，經(jīng)過近千公里的傳輸后的誤碼率人能達(dá)到 。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)字信號還是傳輸模擬信號，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。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）。 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，采用多個波長作為載波，允許各載波信道在光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。在發(fā)送端，除了傳輸信號的工作波長外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個波長作為飽和波長?？煞譃闉V波器型和本征型兩類。增益均衡技術(shù)可以分為固定式的和動態(tài)的。如果希望進(jìn)一步增大帶寬，以利用波長資源，則必須開發(fā)新型的光放大器。要求EDFA的增益足夠高，噪聲系數(shù)則越小越好。光放大器不但可以對光信號進(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。因而，使用術(shù)語密集波分復(fù)用（ DWDMDense Wavelength Division Multiplexing），與此對照，還有波長密度較低的WDM系統(tǒng)，較低密度的就稱為稀疏波分復(fù)用（CWDMCoarse Wave Division Multiplexing）。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]。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)用帶來的插入損耗，使WDM系統(tǒng)的中繼問題變得十分簡單。功率放大器是在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。通過適當(dāng)?shù)倪x擇半導(dǎo)體材料，就可獲得能使發(fā)射或吸收波長處于光通信所需要的范圍(如1300nm或1550nm)內(nèi)的帶隙。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)射一個光子，這一過程稱為自發(fā)輻射發(fā)光受激輻射躍遷是指與一個理想的光子相互作用后導(dǎo)致的受激輻射。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而非稀有元素。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)格的無反射條件。光放大器主要有兩類：光纖光放大器和半導(dǎo)體光放大器。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。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，會發(fā)生非線性效應(yīng)喇曼散射。 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 52 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EDFA的主要性能要求 133 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 164 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 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)。重點(diǎn)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(jìn)行了初步研究并分析。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)。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。經(jīng)過多年的不懈努力，各種各樣的光放大器終于問世了。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。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。 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。如果泵浦源的強(qiáng)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(jià)帶的頂部，直到電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡為止。 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。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(jìn)行管理顯示。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(dāng)前的一種優(yōu)秀方案。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(shí)傳輸多個不同波長的光載波的特點(diǎn)，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(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。波分復(fù)用器可分為發(fā)端的光合波器。但必須在EDFA之前下光路，而在EDFA之后上光路[4]。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(shí)可用雙泵浦。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。使用該技術(shù)，在1528～1568nm的40nm帶寬內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)增益偏差在5％以內(nèi)的帶寬增益平坦的EDFA。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。因此，對于含有光放大器的WDM系統(tǒng)，安全特別重要。事實(shí)上，這樣的復(fù)用方法在光纖通信系統(tǒng)中是非常有效的。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(diǎn)，它已成為新一代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。 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。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。這樣一來被分配到每個分支獲得光信號就相當(dāng)?shù)娜?，不能保證用戶的終端設(shè)備的接收質(zhì)量?！　。≒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(jī)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(jī)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。 獨(dú)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(jì)容差規(guī)格；為潛在客戶真實(shí)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)選項(xiàng)和細(xì)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。OptiSystem采用與模擬精度和效率有關(guān)的適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法計(jì)算信號。OptiSystem表現(xiàn)了在元件和系統(tǒng)上真正的分等級定義。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。14 雙向AWG（BiDirectional AWG）新特征加強(qiáng)了OptiSystem獨(dú)特的雙向能力，使PONs的AWG的設(shè)計(jì)更加容易。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）。下圖為摻鉺光纖放大器實(shí)物圖。在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運(yùn)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。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。雖然實(shí)現(xiàn)了放大，但是增益不是十分平坦。 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。 (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。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(kuò)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。 當(dāng)然EDFA也有其固有的缺點(diǎn)： (1)波長范圍固定。(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，光信號經(jīng)EDFA放大后進(jìn)入光纖線路，從而使光纖傳輸?shù)臒o中繼距離增大，可達(dá)200km以上。如果綜合上述各種應(yīng)用，一個EDFA用作接收機(jī)前置放大器，另一個EDFA用作發(fā)送機(jī)的功率提升放大器，就可以實(shí)現(xiàn)長距離的無中繼傳輸。 181。泵浦閾值功率Ppth，只有Pp Ppth時(shí)，G ≥0,且L愈長，Ppth愈高。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。當(dāng)泵浦光功率、EDF一定時(shí)，輸入信號光功率不同時(shí)獲得的增益不同，輸入信號光功率越大，增益越小。（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。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。其中還介紹了摻餌光纖放大器的優(yōu)缺點(diǎn)以及主要的應(yīng)用形式和增益特性。我還要感謝同組的各位同學(xué)以及我的各位室友，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！參考文獻(xiàn)[1] 毛謙．我國光纖通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和前景．人民郵電出版社．2006 ：2527[2] 吳重慶．光通信導(dǎo)論．清華大學(xué)出版社．2008 ：7881[3] 包建新．光纖通