【正文】 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(guān)。光濾波器———帶寬為1 nm以下的窄帶光濾波器，用于消除放大器的自發(fā)輻射光，以降低放大器的噪聲。尤其是EDFA，發(fā)展最為迅速，已實用化在摻鉺光纖發(fā)展的基礎(chǔ)上，不斷出現(xiàn)許多新型光纖放大器，例如，以摻鉺光纖為基礎(chǔ)的雙帶光纖放大器(DBFA)，是一種寬帶的光放大器，寬帶幾乎可以覆蓋整個波分復(fù)用(WDM)帶寬。18 星座和極線圖（Constellation and Polar Diagrams）一個新的OptiSystem中的計算引擎用于估計用戶定義區(qū)域和對象的誤碼。設(shè)計可以被獨立地計算和修改，但是計算結(jié)果可以在不同設(shè)計間交叉結(jié)合，允許進行比較。CIDF主要采用運行時間進程表、支持條件、數(shù)據(jù)依賴迭代、和真實遞歸。你可以連接任意數(shù)目的觀察器到同一個端口的監(jiān)視器上。2 結(jié)合Optiwave軟件工具OptiSystem允許客戶采用特殊的Optiwave軟件工具用于元件層面的集成和光纖光學(xué)：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating，和OptiFiber。它提供從元件到系統(tǒng)水平在傳輸層光通訊系統(tǒng)設(shè)計和預(yù)研，同時呈現(xiàn)可視化的分析及特定結(jié)果。換一個角度說，傳輸距離相同的情況下，降低中繼長度，增加中繼個數(shù)，要比增加中繼長度，減少中繼個數(shù)時有較小的Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR）。摻鉺光纖放大器在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是補償傳輸中的光纖損耗，根據(jù)放大器在系統(tǒng)中的位置及作用，可以分成以下三種類型：　（boosterAmplifier），處于合波器之后，用于對合波以后的多個波長信號進行功率提升，然后再進行傳輸，由于合波后的信號功率一般都比較大，所以，對一功率放大器的噪聲指數(shù)、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。用戶接入網(wǎng)中的光纖放大器光纖放大器在用戶接入網(wǎng)中也占有重要地位。 如果需要擴容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成，發(fā)送端的光發(fā)射機發(fā)出波長不同而精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號，經(jīng)過光波長復(fù)用器復(fù)用在一起送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來彌補合波器引起的功率損失和提高光信號的發(fā)送功率），再將放大后的多路光信號送入光纖傳輸，中間可以根據(jù)情況決定有或沒有光線路放大器，到達接收端經(jīng)光前置放大器（主要用于提高接收靈敏度，以便延長傳輸距離）放大以后，送入光波長分波器分解出原來的各路光信號[6]。即在同一根電纜中同時傳輸若干個頻率不同的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同利用帶通濾波器濾出每一個信道的信號。 （4）安全要求。其最大優(yōu)點是無需制作和引入附加元件。其光柵周期一般為數(shù)百微米。 一般EDFA在它的工作波段內(nèi)存在著一定的增益起伏，即不同波長所得到的增益不同。要求EDFA同時具有較高的增益和輸出光功率，還應(yīng)有對其工作狀態(tài)的實時監(jiān)控。ITUT 建議優(yōu)選采用1510nm波長，容量為2Mbit/s。WDM系統(tǒng)組成。所謂頻分、時分、波分和空分復(fù)用，是指按頻率、時間、波長和空間來進行分割的光通信系統(tǒng)?！?EDFA內(nèi)部方塊圖 EDFA 的發(fā)展方向EDFA 的發(fā)展方向 EDFA 從C波段( conventional band )1530～1560nm(常規(guī)的 EDFA)向L波段(long wavelength band)1570～1605nm發(fā)展，可采用摻鉺氟化物光纖放大器 (EDFFA)，帶寬可達75nm；采用碲化物EDFA，帶寬可達76nm；采用增益位移摻鉺光纖放大器(GSEDFA)，通過控制摻鉺光纖的鉺粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度，可在1570～1600nm 波段實現(xiàn)放大，它與普通的EDFA 組合，可得到帶寬約80nm的寬帶放大器；采用覆蓋 C波段和L波段的超寬帶光放大器(UWOA)，可用帶寬80nm，能在單根光纖上放大100多路波長信道；采用常規(guī)EDFA和擴帶光纖放大器(EBFA)組成的基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器(DBFA)，工作波長為1528～1610nm；將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器串聯(lián)使用，可獲得帶寬高于100nm的超寬帶增益平坦放大器；EDFA 應(yīng)具有動態(tài)增益平坦特性的小型化、集成化方向發(fā)展。在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)管理中如何實現(xiàn)對摻鉺光纖放大器的監(jiān)控。光纖放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。如果半導(dǎo)體未受光泵浦激勵，則半導(dǎo)體將吸收光子，其實半導(dǎo)體的兩個能帶所扮演的角色類似于EDFA中的能帶E1和E2所起的作用，只是它的能帶比EDFA的能帶更寬。電致發(fā)光是指用電學(xué)方法將非平衡載流子直接注人到半導(dǎo)體中而產(chǎn)生發(fā)光，這常借助于PN結(jié)來完成。為了消除這種偏振波依賴性，可以引人運用窄條結(jié)構(gòu)使激活波導(dǎo)光路近似正方形斷面形狀的方法和施加抗張應(yīng)力，以增大TM波增益的應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體光放大器是一種把發(fā)光器件一一半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)作為放大裝置使用的器件，因為具有能帶結(jié)構(gòu)，所以其增益帶寬比采用光纖放大器的寬。中繼器的這種工作模式帶來了不少問題，如使得成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低等。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。有了光放大器后就可直接實現(xiàn)光信號放大。本論文介紹了摻鉺光纖放大器的相關(guān)理論。光纖放大器是指運用于光纖通信線路中，實現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。在此之前，傳送信號的放大都是要實現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。而中繼器無一例外都是采用光 —電—光的轉(zhuǎn)換方式。半導(dǎo)體光放大器主要是半導(dǎo)體激光放大器。把光放大器作為光通信中繼放大器使用，入射光的偏振方向是無規(guī)則的，最好是偏振波依賴性小的放大器。光致發(fā)光是指用半導(dǎo)體的光吸收作用來產(chǎn)生非平衡載流子，實際上是一種光向另一種光轉(zhuǎn)換的過程。半導(dǎo)體在外界激勵下會產(chǎn)生非平衡載流子，半導(dǎo)體在泵浦光激勵下怎樣產(chǎn)生光放大為了盡可能簡單，假設(shè)半導(dǎo)體在0 K，費米能級在禁帶的中間位置，因此在Ep以下的每個有效能級上被電子充滿，則半導(dǎo)體將吸收子。在目前實用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于長距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、光纖CATV網(wǎng)、軍用系統(tǒng)（雷達多路數(shù)據(jù)復(fù)接、數(shù)據(jù)傳輸、制導(dǎo)等）等領(lǐng)域，作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器。從遠離前端處將光纖干線分支時，可在分支前面接入摻鉺光纖放大器，作為線路放大器，以補償分支損耗。模塊是集成化的摻鉺光纖放大器。如果按照信號的復(fù)用方式來進行分類，可分為頻分復(fù)用系統(tǒng)（FDMFrequency Division Multiplexing ）、時分復(fù)用系統(tǒng)（TDMTime Division Multiplexing）、波分復(fù)用系統(tǒng)（WDMWavelength Division Multiplexing）和空分復(fù)用系統(tǒng)（SDMSpace Division Multiplexing）。而使用 DWDM 技術(shù)，類似利用公用道路上尚未使用的車道，以獲取光纖中未開發(fā)的巨大傳輸能力。光監(jiān)控信道是為WDM的光傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控而設(shè)立的。一般工作在近飽和區(qū)，信號輸入功率約20dBm。在WDM系統(tǒng)中，要求EDFA的GF越小越好。增益均衡用的光纖光柵是一種長周期光纖光柵。本征型是在EDFA中摻入別的雜質(zhì)(如摻鋁EDFA、摻釔EDFA)或改變EDF基質(zhì)(如氟化物EDFA、碲化物EDFA)。當(dāng)線路的多波長信號恢復(fù)時，飽和波長的輸出功率會相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復(fù)用的方法。ITUT 建議，DWDM （），不同波長的頻率間隔應(yīng)為100GHz的整數(shù)倍（）。 摻鉺光纖放大器可傳輸不同的碼率。如果有必要，還可將中繼距離延長更遠。使用線路放大器必須解決遠程監(jiān)控問題，國際標準化組織已制定出多種監(jiān)控標準，可以按照標準進行遠程監(jiān)控。 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(fù)用密度，對降低用戶網(wǎng)建設(shè)成本也會起到很大作用。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(shè)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(shè)，放大器的增益正好補償光纖損耗，可以得出以下結(jié)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。OptiSystem是一款新穎的、高速發(fā)展的、功能強大的軟件設(shè)計工具，能使用戶在從LAN，SAN，MAN到ultralonghaul的寬光譜光網(wǎng)絡(luò)的傳輸層上進行設(shè)計、測試和模擬計劃所有類型的光連接。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。這允許在模擬后處理數(shù)據(jù)而不需要重新計算。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）。每一個OptiSystem項目文件（project file）中都可以包含多個設(shè)計。17 自由空間光學(xué)（FSO）新特征可以模擬復(fù)雜衛(wèi)星間的通信連接。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(yīng)用?？刂齐娐贰獜姆糯笃鬏敵龆顺槿”O(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。輸出功率特性：EDFA的最大輸出功率常3dB飽和輸出功率來表示。 未經(jīng)過設(shè)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(shè)置放大器放大后的噪聲及光譜進行觀察分析。 MPO中的最后要達到的16信道增益平坦目標設(shè)定選擇運行對話框中的優(yōu)化（Optimization）并運行。 (3) 能量轉(zhuǎn)換效率高。(6) 與半導(dǎo)體激光放大器不同，EDFA的增益特性與光纖極化狀態(tài)無關(guān)，放大特性與光信號的傳輸方向也無關(guān)，當(dāng)光纖放大器內(nèi)無隔離器時，可以實現(xiàn)雙向放大；在多信道應(yīng)用中可以進行無串話傳輸； (注：所謂極化光纖(Poled Fiber) 是指對熔石英光纖外加直流強電場進行極化，以及其它附加工藝處理后 (如升溫，紫外照射，激光注入等)，具有永久二階非線性光學(xué)效應(yīng)(例如電光效應(yīng)，倍頻效應(yīng)等) 的一種光纖功能器件。當(dāng)系統(tǒng)擴容時，可以只改動端機而不改動線路。(3) 附加的噪聲使接收機靈敏度退化。EDFA具有接近量子極限的低噪聲優(yōu)點，因而可用作接收機的前置放大器以提高接收靈敏度，要求噪聲指數(shù)很小，對輸出功率沒有太大的要求。EDFA的增益特性與餌離子濃度的纖芯內(nèi)徑向分布、纖芯尺寸、放大器長度及泵浦功率等有關(guān)。當(dāng)長度L Lopt時，泵浦光功率Pp(z) Ppth，信號光不但沒有得到放大而且被吸收，造成增益反而下降。（3）取相同參數(shù)摻餌光纖長度30m，信號光功率為1181。W；(b) 10181。W。前向泵浦光、反向泵浦光、雙向泵浦光三種激勵方式效果各不相同。 三種泵浦方式的EDFA結(jié) 論光纖通信已成為當(dāng)今信息社會不可缺少的神經(jīng)系統(tǒng)，而光源作為光纖通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，其理論和實驗方面的研究有著十分重要的意義。 （3）介紹了研究摻餌光纖放大器所用到的軟件Optisystem的各個部件的功能及應(yīng)用。同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。致 謝走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，四年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。論文主要利用我的現(xiàn)有條件，圍繞摻鉺光纖放大器進行了一些理論和光放大的初步研究。其優(yōu)點是：當(dāng)光信號放大到很強時，泵浦光也強，不易達到飽和。激勵泵浦光功率越大，信號增益越大。信號光增益與泵浦光功率的關(guān)系：當(dāng)EDFA一定時，隨著泵浦光功率的增大，信號光增益漸漸增大最終趨于飽和，飽和增益隨著輸入信號功率的增加而有所減少。取相同參數(shù)的摻餌光纖長度l0m，信號光功率為1181。必須選擇合適的及Pp，才能使G最大。m，采用典型的光纖參數(shù)。這類系統(tǒng)主要用于海底光纖通信系統(tǒng)[11]。具有輸出功率大、輸出穩(wěn)定、噪聲小、增益頻帶寬、易于監(jiān)控等優(yōu)點。只能放大1550nm左右波長的光波，可以調(diào)節(jié)的波長范圍有限。 (7) 增益特性穩(wěn)定。增益約為2040dB。 EDFA的優(yōu)缺點EDFA之所以得到迅速的發(fā)展，源于它一系列突出的優(yōu)點。我們設(shè)定最終優(yōu)化的目標為16個信道的增益在一平坦曲線上。EDFA的噪聲主要有4種：信號光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射光ASEde散粒噪聲；自發(fā)輻射ASE光譜與信號光之間的差拍噪聲；自發(fā)輻射ASE光譜間的差拍噪聲[10]。由于Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級壽命較長，因此，很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即處于亞穩(wěn)態(tài)的Er3+粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er3+粒子數(shù)多。 摻鉺光纖放大器一個典型的摻鉺光纖放大器主要由以下幾部分組成()：摻鉺光纖——是EDFA 的主體，在石英基質(zhì)中摻入餌離子制成。19 S參數(shù)提?。⊿Parameter Extractor）從光發(fā)射器到接收器的信號特征可以被提取并輸出為工業(yè)標準格式S參數(shù)，有益于EDA工具提供綜合S參數(shù)支持，這大大縮短了設(shè)計周期。15 微波元件（Microwave Components）新的成熟的元件庫里包括180度到90度的混合耦合器，DC阻斷器，功率分束和結(jié)合器。它同時包含HTML輸出和帶預(yù)先格式化的報告面板的模版。使你能夠采用特定的集成光纖光學(xué)軟件工具在元件層面上，可以模擬希望的精度標準。4 品質(zhì)和性能運算法則為預(yù)測系統(tǒng)的性能，OptiSystem對內(nèi)部信號干涉和噪聲限制的系統(tǒng)采取數(shù)值分析或者半分析技術(shù)計算參數(shù)如BER和Q因子。 應(yīng)用領(lǐng)域：OptiSyste