【正文】 .................................. 13 EDFA 性能的 定性分析 ................................................................................ 14 4 基于 OptiSystem的 EDFA 仿真 ........................................................................... 16 摻鉺光纖放大器在通信網(wǎng)中 瑞利散射 效應(yīng)的仿真 .................................... 16 仿真系統(tǒng)電路圖布局 ......................................................................... 16 仿真參數(shù)設(shè)置及結(jié)果分析 ................................................................ 17 摻鉺光纖放大器增益 對 波分復(fù)用光波系統(tǒng) 的仿真 .................................... 23 仿真系統(tǒng)電路圖布局 ........................................................................ 23 仿真參數(shù)設(shè)置及結(jié)果分析 ................................................................ 24 5 結(jié)論 .......................................................................................................................... 26 致謝 .............................................................................................................................. 27 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 28 1 1 緒論 概述 如今用光纖來傳遞信息已成為非常重要的信息傳遞方式 。 I 光纖通信課程設(shè)計(jì) 題目：摻鉺光纖放大器在通信網(wǎng)中的應(yīng)用 院（系）名稱 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2020 年 6 月 20 日 摘 要 光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。 本文的重點(diǎn)在于在熟悉 EDFA 光放大機(jī)理和工作原理的前提下，運(yùn)用 OptiSystem 軟件構(gòu)造研究 EDFA 特性的系統(tǒng)電路圖，然后對 EDFA 電路圖進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬仿真，進(jìn)而得到仿真圖，通過圖形來研究分析EDFA 的特性。 摻鉺光放大器的發(fā)展 及介紹 摻鉺光纖放大器 (EDFA)， 即在信號通過的纖芯中摻入了鉺離 子 Er3 + 的光信號放大器。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。 (3) 能量轉(zhuǎn)換效率高。 但就其總體性能而言， EDFA 在現(xiàn)代通信網(wǎng)中的應(yīng)用還是挺廣泛的。處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它會躍遷返回低能態(tài)。大部分入射光子被吸收掉，以至于受激輻射實(shí)際上可以忽略不計(jì)。其中有一個自發(fā)輻射波長在 1530nm 附近的能級具有較高的壽命（約 10ms），其它能級的壽命很短 (微秒量級 )，故其它高能帶都用作泵浦帶，而 1530附近能級充當(dāng)用于放大的亞穩(wěn)態(tài)。吸收一個 1480nm 的泵浦光子，會直接把一個電子從基態(tài)激發(fā)到很少被粒子占據(jù)的亞穩(wěn)態(tài)能級的頂部，如圖 中躍遷過程③所示，然后這些電子又將移向粒子數(shù)較多的亞穩(wěn)態(tài)的較低端（躍遷過 程④）。放大的光信號在經(jīng)過隔離器和濾波器之后便全部完成了整個信號光的放大工作。 圖 EDFA結(jié)構(gòu)示意圖 光耦合器 光濾波器 光隔離器 光隔離器 摻鉺光纖 光信號輸入 泵浦光源 光信號輸出 8 同向泵浦 同向泵浦是一種泵浦光和信號光在摻鉺光纖的同一端注入，且泵浦光和信號光在摻鉺光纖種傳輸方向相同的方式。 EDFA 是最理想的光放大器：耦合損耗低、噪聲低、增益高、輸出功率高、與信號光極化狀態(tài)無關(guān)且所需泵浦功率低。 EDFA作為前置放大器使用，接收靈敏度可提高 10~20dB。 EDFA 的 主要參數(shù)是指功率增益、飽和輸出功率和噪聲系數(shù)。 目前采用的主要泵浦波長是 m 和 m。 噪聲系數(shù) 摻鉺光纖放大器噪聲的主要來源包括：信號光的散彈噪聲，信號光波與放大器自發(fā)輻射光波之間的差拍噪聲，被放大的自發(fā)輻射光的散彈噪聲，光放大器自發(fā)輻射的不同頻率光波間差拍噪聲。上式的基本物理意義是從 EDFA 輸出的信號能量總和不能超過注入的泵浦能量。從（ 34）式可以看出，為了達(dá)到一個給定的最大增益 G，輸入信號功率必須滿足下式： , ( / )1p s p ins in pP G??? ? （ 35） 除泵浦功率以外，增益還與光纖長度有關(guān)。 仿真系統(tǒng)電路圖布局 下圖 為仿真所使用的 電路 圖。在圖 中不斷增強(qiáng)的選項(xiàng) ，定義 了 瑞利常數(shù)和捕獲率 的數(shù)值 。 仿真的 結(jié)果包括 了 瑞利散射 和分析結(jié)果 ，如圖 所示 。 22 （ a） EDF的長度為 10m （ b） EDF的長度為 20m 圖 EDF分別為 10m、 20m輸入信號功率為 10dB的人口亞穩(wěn)態(tài)水平 23 摻鉺光纖放大器增益 對 波分復(fù)用光波系統(tǒng) 的 仿真 這個仿真是 摻鉺光纖放大器增益 對 波分復(fù)用光波系統(tǒng) 的優(yōu)化， 我們提供一個優(yōu)化的增益平坦度類型的例子 。 仿真系統(tǒng)電路圖布局 在這個例子中，我們展示如何平坦摻鉺光纖放大器增益的一個使用這種技術(shù)。雙端口波分復(fù)用分析儀分析增益和平坦度而光學(xué)功率計(jì)測量輸出功率。 經(jīng)過 24 通行之后，對泵浦功率和光纖長度進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。課程設(shè)計(jì)讓我們把以前學(xué)習(xí)到的知識得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識，對已有知識有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識。 此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實(shí)踐，就沒有弄不懂的知識 ， 最后定會 收獲頗豐。 在這里向他們道聲感謝。從方案的選取、審題、查找資料，到 仿真 系統(tǒng)的各部分設(shè)計(jì)工作，到最后 本次設(shè)計(jì)的 完成， 兩位 老師在我 們 整個設(shè)計(jì)工作中給 予了巨 大的幫助和支持。 了解了相關(guān)元件的基本知識，同時還熟練掌握了對文獻(xiàn)資料等的收集、查閱、應(yīng)用 等 。 25 圖 優(yōu)化是通過使用一個半解析方法，然后研究結(jié)果證實(shí)了實(shí)驗(yàn)研究。 注意沒有參數(shù)和結(jié)果的單位在優(yōu)化工具中表示。摻鉺光纖放大器輸入的是 16 相當(dāng)于波長 12nm為 nm 的波長分離（ 1546nm至1558nm）波長復(fù)用信號的區(qū)域，每個通道的帶寬是 26 dBm的。例如使用內(nèi)部或外部濾波器，或熱均勻線降低放大器的擴(kuò)大 。 對于 20m的例子，人口反演值的變化與 EDF 的反演得到的結(jié)果差異是有相關(guān)的。 即使如此 ，在 你 計(jì)算的 返回 損耗 之前 ，有必要在 1558nm波段 獲得信號增益。將泵浦激光器的頻率設(shè)為 1480nm，功率