【正文】 指當飽和增益下降 3dB 時所對應的輸出功率，該參數(shù)反映了 EDFA 的最大功率輸出能力， EDFA 的飽和輸出特性與泵浦功率大小、摻鉺光纖長短有關。 理工大學學士學位論文 23 圖 未經(jīng)過設置參數(shù)而放大后的光譜圖 下面分別對 未經(jīng)過參數(shù)設置放大器 放大后的噪聲及光譜進行觀察 分析。 理工大學學士學位論文 26 圖 EDFA 增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設置 Parameters：在本項中設置了需要優(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。 (1) EDFA 工作波長與光纖最小損耗窗口一致恰好落在最佳 波長區(qū) (1300~1600nm)。輸出功率在單光譜時可達14dBm，而在雙泵浦時可達 17dBm，甚至 20dBm。 EDFA 對溫度不敏感，在 100℃ 范圍內(nèi)，增益特性保持穩(wěn)定。 (2) 增益帶寬不平坦。 (2)線路放大器處于功率放大器之后，用于周期性地補償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲指數(shù)，較大的輸出光功率。 EDFA 的增益特性 增益 G 是 指輸出信號光功率 Pout 與輸入信號光功率 Pin 之比，一般以分貝 (dB)來表示。用泵浦光功率Pp 做參變量，給出了增益 G (dB)與光纖長度 1之間的關系曲線。泵浦閾值功率 Ppth，只有 。它的泵浦光波長為 ，信號光波長為 181。如果綜合上述各種應用，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。 (1)功率放大器把 EDFA 置于光發(fā)射機半導體激光器之后，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。 理工大學學士學位論文 33 當然 EDFA 也有其固有的缺點 ： (1)波長范圍固定。例如：在高速光纖通訊領域 ， 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構下 ， 還可調(diào)制振幅 ，也可作為高速光開關 ； 在非線性光學領域 ， 可作為光學參量頻率轉(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。 (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。 理工大學學士學位論文 31 圖 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。 對于優(yōu)化設置的一些說明： Main：優(yōu)化方式為 “Gain Flatten”增益平坦方式，所要優(yōu)化達成的目標為 “Exact”，優(yōu)化循環(huán)數(shù)為 60，有其他參數(shù)限制條件。 圖 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)設置直接 進行 放大的光譜圖是什么樣子。 EDFA 的增益大小與多種因 素有關，增益一般為 15dB~40dB。 控制電路 ——從放大器輸出端抽取監(jiān)測信號 ， 對放大器的泵浦光功率 及輸入信號光等進行調(diào)節(jié)、控制增益的大小 ， 保證輸出信號的穩(wěn)定。 EDFA 及 PDFA 的工作波長分別處于光纖通信的最低損耗(1550nm)及零色散波長 (1300nm)窗口， TDFA 工作在 S 波段，都非常適合于光纖通信系統(tǒng)應用。 17 自由空間光學（ FSO） 新特征可以模擬復雜衛(wèi)星間的通信連接。每一個 OptiSystem 項目文件（ project file）中都可以包含多個設計。主要工作于傳輸層模擬的數(shù)據(jù)流模型是元件迭代數(shù)據(jù)流（ CIDF）。這允許在模擬后處理數(shù)據(jù)而不需要重新計算。用戶可以合并新的元件基于子系統(tǒng)和用戶自定義庫，或者利用與第三方模擬工具如 MATLAB 或 SPICE 的聯(lián)合模擬。 OptiSystem 是一款新穎的、高速發(fā)展的、功能強大的軟件設計工具，能使用戶在從 LAN， SAN， MAN 到ultralonghaul 的寬光譜光網(wǎng)絡的傳輸層上進行設計、測試和模擬計劃所有類型的光連接。 對于一個 N 段光纖的系統(tǒng)，有 N+1 個光放大器級聯(lián)，假設每一級放大器都一樣，每一 段光纖損耗都等于放大器的增益，那么，終端的放大了的自發(fā)輻射噪聲 Pase = F（ G1） hvB0（ N+1）可以看出 Pase 隨放大器的級數(shù)線性增長，而光纖的損耗是隨著光纖長度增長呈指數(shù)增長，根據(jù)假設，放大器的增益正好補償光纖損耗，可以得出以下結論： Pase 不變時，降低中繼長度（即降低摻鉺光纖放大器增益），增加中繼個數(shù)（即增加摻鉺光纖放大器級聯(lián)個數(shù)），要比增加中繼長度，減少中繼個數(shù)傳輸更遠的距離。 總之，光線放大器在用戶接入網(wǎng)中主要是提高光信號的功率，即可以補償光耦合器燈光器件所造成的光損耗，又可以大大提高用戶數(shù)量以及復用密度，對降低用戶網(wǎng)建設成本也會起到很大作用。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。 實踐證明，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 碼率人能達到 。摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機輸出短，提高發(fā)送功率，延長傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機前，對信號進行預防大，可提高光接收機靈敏度。與模擬的載波通信系統(tǒng)中的頻分復用不同的是，在光纖通信系統(tǒng)中是用光波作為信號的載波，根據(jù)每一個信道光波的頻率（或波長）不同將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，從而在一根光纖中實現(xiàn)多路光信號的復用傳輸。 ITUT 建議規(guī)定：單路或合路入纖最大光功率電平為 +17dBm。 EDFA 的增益控制技術有許多種，典型的有控制泵浦源增益的方法， EDFA 內(nèi)部的監(jiān)測電路通過監(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當輸入波長某些信號丟失時，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持 (輸出／輸入 )增益不變，從而使理工大學學士學位論文 10 EDFA 的總輸出功率減少，保持輸出信號電平的穩(wěn)定。動態(tài)的增益均衡技術是指動態(tài)增益可調(diào)的增益平坦濾波器技術，主要有 法拉第旋轉(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器技術、波導 M—Z 型增益可調(diào)型濾波器技術、陣列波導型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術和聲光型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術等。使光纖放大器增益平坦的技術有兩種途徑：一是增益均衡技術；二是光纖技術 。 WDM 系統(tǒng)對 EDFA 的要求 為了確保 WDM 系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量， WDM 系統(tǒng)中使用的 EDFA 應具有足夠的帶寬、平坦的增益、低噪聲系數(shù)和高輸出功率。 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應用 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中可以作為前置放大器、線路放大器和功率放大器。光合波器用于傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端，是一種具有多個輸入端口和一個輸出端口的器件，它的每一個輸入端口輸入一個預選波長的光信號，輸入的不同波長的光波由同一輸出端口輸出。光波分復用的實質(zhì)是在光纖上進行光頻分復用（ OFDM），只是因為光波通常采用波長而不用頻率來描述、監(jiān)測與控制。 FRA： 寬帶、低噪聲、抑制非線性、提高傳輸距離，進行色散補償?shù)?，必將成為下一代光放大器的主流。在工程實踐中已采用過這兩種成功的方法。前期的工作是研究光纖激光器和研究摻稀土元素光纖，后來發(fā)現(xiàn)了在光纖中摻鉺元素能夠?qū)崿F(xiàn)放大的作用，其工作波長對應于光纖的 傳輸波長，人們用摻鉺光纖制作成功摻鉺光纖放大器。 于是導帶底和 Epn之間的每個態(tài)都被添滿 ， 而價帶頂和之間的所有態(tài)都是空的 ， 從而實現(xiàn)光放大 。半導體的輻射躍遷包括自發(fā)躍遷和受激躍遷兩個過程。 半導體光放大器 的原理 半導體光放大器的原理與摻稀土光纖放大器相似但也有不同 ， 其放大特性主要取決于有源層的介質(zhì)特性和激光腔的特性。以平面波人射單層介質(zhì)層時 ， 抗反射膜的條件相對于厚度為 1/4 波長。它使光通信技術產(chǎn)生了革命性的變化：用 相對簡單價廉的光放大器，代替長距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復雜昂貴的光 —電 —光混合式中繼器，從而可實現(xiàn)比特率及調(diào)制格式的透明傳輸， 升級換代也變得十分容易， 尤其是性能十分優(yōu)秀的 EDFA 與 WDM 技術的珠聯(lián)璧合，奠定了高速大容量 WDM 光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡大規(guī)模應用的基理工大學學士學位論文 2 礎。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋 S、 C、 L 頻帶 ， 摻銩光纖放大器的增益帶是 S 波段 ； 摻鐠光纖放 大器的增益帶在1310nm 附近。Optical fiber munication。摘 要 光纖通信就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信的目的。 關鍵字 ： Optisystem； 光纖通信 ； 摻鉺光纖放大器 Abstract Optical fiber munication uses optical fiber to transmit information in order to achieve the purpose of munication. Optical fiber munication owns some advantages such as, the munication capacity, high transmission rate, long service life and so on. So it is widely used in optical amplifier and it is an important part of optical fiber systems. Fiber amplifier is a kind of signal amplifier, which is used in optical fiber munication lines to achieve a novel alloptical. This paper introduces a theory of erbium doped fiber amplifier. First, it is introduce the kinds of fiber amplifier. Secondly describes the history and development of erbium doped fiber amplifier, as well as working principle of the erbiumdoped fiber functions and the use of simulation software Optisystem are also introduced in this paper. It focuses on the amplification process of erbium doped fiber amplifier and studies and analyzes the problem that the channel gain erbiumdoped fiber amplifier is not flat. Keywords: Optisystem。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。其工作帶寬是很寬的。在光通信技術的發(fā)展進程中，不斷取得新的突破，其中尤以光放大器，特別是摻鉺光纖放大器（ EDFA）的發(fā)明最為激動人心?？狗瓷渫繉泳褪窃诙嗣嬖O置單層或多層介質(zhì)層。有源區(qū) 4C3T 采用混合應變量子阱結構 ， 即 4 個壓應變量子阱 ， 3 個張應變量子阱 ， 壓應變和張應變量子阱之間用與 LPN 晶格匹配的寬的 IaGaAsp 壘層隔開上下波導層分別為波長 的 IaGaAsP 匹配材料包層為 p 型 Inp， 接觸層為重 P 型摻雜 IaGaAsP 材料 ， 材料的外延法生長過程中 ， n 型摻雜源為硅烷 ， p 型摻雜源為二甲基鋅材料；生長完成后 ， 采用標準的光刻、反應離子刻蝕、濕法腐蝕、蒸發(fā)、濺射等工藝制作脊型波導結構。由于電子從導帶底躍遷到價帶頂?shù)臅r間常數(shù)即輻射壽命與無輻射躍遷的時間常數(shù)相比相對較長 ， 所以可以認為電子和空穴各自保持熱平衡狀態(tài) ， 對載流子的這種 準平衡狀態(tài)分別用準費米能級和來表示。 如果假設帶內(nèi)馳豫過程比帶間復合速率快得多 ， 那么可以利用準費米能級 Epn 和 Epp 來描述電子空穴的數(shù)目 。摻鉺光纖主要在 波段的應用的有源光纖的研究基礎上發(fā)展起來的。其二是由光纖放大器的開關量信息接口向網(wǎng)管系統(tǒng)送開關量信息進行管理顯示。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、大容量傳輸中是當前的一種優(yōu)秀方案。波分復用是光纖通信中的一種傳輸技術，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定波長的光信號。波分復用器可分為發(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，必要時可