【正文】 m為不斷演化的光子市場(chǎng)提供功能強(qiáng)大容易使用的光系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，滿足研發(fā)科學(xué)家、光通訊工程師、系統(tǒng)管理員、學(xué)生及各類其它用戶的需要。在拓展工作波長(zhǎng)范圍的同時(shí)，還必須保證在工作波長(zhǎng)范圍增益平坦，因?yàn)閾姐s光纖放大器是級(jí)聯(lián)使用的，每一級(jí)小的不平坦，在多級(jí)級(jí)聯(lián)后，就會(huì)變得很不平坦，造成在線路終端的各個(gè)信道功率差別太大。 DWDM中對(duì)EDFA的主要性能要求　　為了滿足在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用的要求，摻鉺光纖放大器的性能和功能上有其特殊的要求，光信號(hào)傳輸后最重要的一個(gè)指標(biāo)是光信噪比（OSNR）。為此，需要將光信號(hào)進(jìn)行放大，這就需要光纖放大器。由于摻鉺光纖放大器的信噪比由于電子放大器，所以用摻鉺光纖放大器作預(yù)放大器的光接收機(jī)具有較高的靈敏度，其靈敏度甚至不亞于相干光接收機(jī)的。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出短，提高發(fā)送功率，延長(zhǎng)傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補(bǔ)償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機(jī)前，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)防大，可提高光接收機(jī)靈敏度。與模擬的載波通信系統(tǒng)中的頻分復(fù)用不同的是，在光纖通信系統(tǒng)中是用光波作為信號(hào)的載波，根據(jù)每一個(gè)信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，從而在一根光纖中實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。ITUT建議規(guī)定：?jiǎn)温坊蚝下啡肜w最大光功率電平為+17dBm。EDFA的增益控制技術(shù)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(cè)電路通過(guò)監(jiān)測(cè)輸入和輸出功率的比值來(lái)控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長(zhǎng)某些信號(hào)丟失時(shí)，輸入功率會(huì)減小，輸出功率和輸入功率的比值會(huì)增加，通過(guò)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EDFA的總輸出功率減少，保持輸出信號(hào)電平的穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)的增益均衡技術(shù)是指動(dòng)態(tài)增益可調(diào)的增益平坦濾波器技術(shù)，主要有法拉第旋轉(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器技術(shù)、波導(dǎo)M—Z型增益可調(diào)型濾波器技術(shù)、陣列波導(dǎo)型動(dòng)態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)和聲光型動(dòng)態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)等。使光纖放大器增益平坦的技術(shù)有兩種途徑：一是增益均衡技術(shù)；二是光纖技術(shù)。 WDM系統(tǒng)對(duì)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(yīng)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(yīng)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(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口的器件，它的每一個(gè)輸入端口輸入一個(gè)預(yù)選波長(zhǎng)的光信號(hào)，輸入的不同波長(zhǎng)的光波由同一輸出端口輸出。光波分復(fù)用的實(shí)質(zhì)是在光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用（OFDM），只是因?yàn)楣獠ㄍǔ２捎貌ㄩL(zhǎng)而不用頻率來(lái)描述、監(jiān)測(cè)與控制。FRA：寬帶、低噪聲、抑制非線性、提高傳輸距離，進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)龋貙⒊蔀橄乱淮夥糯笃鞯闹髁?。在工程?shí)踐中已采用過(guò)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(lái)發(fā)現(xiàn)了在光纖中摻鉺元素能夠?qū)崿F(xiàn)放大的作用，人們用摻鉺光纖制作成功摻鉺光纖放大器。如果假設(shè)帶內(nèi)馳豫過(guò)程比帶間復(fù)合速率快得多，那么可以利用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)Epn和Epp來(lái)描述電子空穴的數(shù)目。由于電子從導(dǎo)帶底躍遷到價(jià)帶頂?shù)臅r(shí)間常數(shù)即輻射壽命與無(wú)輻射躍遷的時(shí)間常數(shù)相比相對(duì)較長(zhǎng)，所以可以認(rèn)為電子和空穴各自保持熱平衡狀態(tài)，對(duì)載流子的這種準(zhǔn)平衡狀態(tài)分別用準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和來(lái)表示。有源區(qū)4C3T采用混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)，即4個(gè)壓應(yīng)變量子阱，3個(gè)張應(yīng)變量子阱，接觸層為重P型摻雜IaGaAsP材料，材料的外延法生長(zhǎng)過(guò)程中，n型摻雜源為硅烷，p型摻雜源為二甲基鋅材料；生長(zhǎng)完成后，采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻、反應(yīng)離子刻蝕、濕法腐蝕、蒸發(fā)、濺射等工藝制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?？狗瓷渫繉泳褪窃诙嗣嬖O(shè)置單層或多層介質(zhì)層。在光通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)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(dòng)人心。其工作帶寬是很寬的。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。關(guān)鍵字：Optisystem；光纖通信；摻鉺光纖放大器AbstractOptical 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。摘 要光纖通信就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。Optical fiber munication。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。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。它使光通信技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化：用相對(duì)簡(jiǎn)單價(jià)廉的光放大器，代替長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復(fù)雜昂貴的光—電—光混合式中繼器，從而可實(shí)現(xiàn)比特率及調(diào)制格式的透明傳輸， 升級(jí)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(shù)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(luò)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。以平面波人射單層介質(zhì)層時(shí)，抗反射膜的條件相對(duì)于厚度為1/4波長(zhǎng)。半導(dǎo)體光放大器的原理半導(dǎo)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。半導(dǎo)體的輻射躍遷包括自發(fā)躍遷和受激躍遷兩個(gè)過(guò)程。于是導(dǎo)帶底和Epn之間的每個(gè)態(tài)都被添滿，而價(jià)帶頂和之間的所有態(tài)都是空的，從而實(shí)現(xiàn)光放大。何謂CATV用摻鉺光纖放大器它的應(yīng)用狀況如何？在近幾年來(lái)，光纖CATV系統(tǒng)特別是1500nm光纖CATV系統(tǒng)包括模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)在我們國(guó)家迅速發(fā)展，摻鉺光纖放大器在光纖CATV系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。何謂DWDM用增益平坦摻鉺光纖放大器？它的應(yīng)用狀況如何？采用在1550nm窗口附近的密集型WDM技術(shù)是擴(kuò)大現(xiàn)有光纖通信能力的最有效的方法。城域網(wǎng)/接入網(wǎng)中光放大器目前具有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)為Mini EDFA、EDWA 和 SOA 技術(shù)，這種低價(jià)放大器正在標(biāo)準(zhǔn)化。隨著電光技術(shù)的向前發(fā)展，在同一光纖中波長(zhǎng)的密度會(huì)變得很高。光分波器用于傳輸系統(tǒng)的接收端，正好與光合波器相反，它具有一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，將多個(gè)不同波長(zhǎng)信號(hào)分類開(kāi)來(lái)。EDFA作前置放大器時(shí)，放在光接收機(jī)之前，以提高光接收機(jī)的靈敏度，一般工作于小信號(hào)或線性狀態(tài)，信號(hào)輸入功率約40dBm。 EDFA增益帶寬目前，EDFA可用增益頻譜范圍為l530～l565nm，增益帶寬為35nm左右，可以滿足4～32信道的WDM系統(tǒng)。（1）增益均衡技術(shù)增益均衡技術(shù)是利用損耗特性與放大器的增益波長(zhǎng)特性相反的增益均衡器來(lái)抵消增益的不均勻性，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性精密吻合，使綜合特性平坦。（2）光纖技術(shù)所謂光纖技術(shù)是指通過(guò)改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來(lái)改變EDF的特性，從而改善EDFA的增益平坦性。 另外，還有飽和波長(zhǎng)的方法。對(duì)鏈路切斷情況下可能引起的強(qiáng)烈“浪涌”效應(yīng)更應(yīng)加以重視，必須保證系統(tǒng)能夠及時(shí)關(guān)閉泵浦源和系統(tǒng)，以防止對(duì)系統(tǒng)造成損[5]。由于目前一些光器件（如帶寬很窄的濾光器、相干光源等）還不很成熟，因此，要實(shí)現(xiàn)光信道非常密集的光頻分復(fù)用（相干光通信技術(shù)）是很困難的，但基于目前的器件水平，已可以實(shí)現(xiàn)相隔光信道的頻分復(fù)用。應(yīng)用范圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線路放大器所不能比擬的，分述如下： 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以及相干光通信的功率放大器。  一個(gè)摻鉺光纖放大器可同時(shí)傳輸若干波長(zhǎng)的光信號(hào)，即用光波復(fù)用擴(kuò)容時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。線路放大器 把摻鉺光纖放大器至于光纖傳輸線路中，將已被衰減了的小信號(hào)進(jìn)行放大，可以大大延長(zhǎng)傳輸距離，也成為中繼放大器。將光纖放大器置于光發(fā)射機(jī)后端，以提高入纖的光功率，使整個(gè)線路系統(tǒng)的光功率得到提高，以滿足各級(jí)需要，這就要用到光纖功率放大器。摻鉺光纖放大器除了放大輸入的光信號(hào)之外，還產(chǎn)生ASE噪聲，可以等效成一個(gè)理想的增益為G的放大器，和一個(gè)功率為Pase的噪聲源相疊加?！　姐s光纖放大器的增益特性是小輸入光信號(hào)增益大，大輸入光信號(hào)時(shí)增益小，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果不對(duì)線路光纖放大器的增益進(jìn)行控制的話，那么，在輸入信道少時(shí)（小輸入光信號(hào)）的增益要比輸入信道多時(shí)（大輸入光信號(hào)）增益大，這會(huì)造成輸入信道少時(shí)，每個(gè)信道輸出功率大，在極端情況下，只有一個(gè)輸入信道，那么，就有可能造成輸出光信號(hào)足夠大，在光纖傳輸中產(chǎn)生非線性失真。OptiSystem使用戶可以設(shè)計(jì)、測(cè)試、和模擬：WNM/TDM 或CATV網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，SONET/SDH環(huán)設(shè)計(jì)，發(fā)射系統(tǒng)、信道、放大器、和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，色散圖設(shè)計(jì)，評(píng)估BER和不同接收模型的系統(tǒng)代價(jià)，放大系統(tǒng)BER和連接開(kāi)支計(jì)算。5 先進(jìn)的查看工具（Advanced visualization tools）先進(jìn)的查看工具產(chǎn)生OSA光譜、信號(hào)啁啾、眼圖、偏振態(tài)、星形圖等等。8 強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言（Powerful Script language）你可以輸入算數(shù)表達(dá)式作為參數(shù)和創(chuàng)建全局參數(shù)（采用VB Script語(yǔ)言可以在元件和系統(tǒng)中進(jìn)行共享）。11 材料清單（Bill of materials）OptiSystem提供被設(shè)計(jì)、安裝的系統(tǒng)的成本分析表。一個(gè)理想的ROF模擬應(yīng)用解決方案。4 摻鉺光纖放大器的工作原理及放大分析石英光纖摻稀土元素(如Nd、Er、Pr、Tm等)后可構(gòu)成多能級(jí)的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號(hào)光直接放大。泵浦光源——泵浦光用于供給摻鉺光纖中鉺粒子的能量，使其吸收能量躍遷到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻鉺光纖，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過(guò)摻鉺光纖傳輸?shù)男盘?hào)光子迅速增多，產(chǎn)生信號(hào)放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er3+離子對(duì)信號(hào)光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子[9]。 EDFA的放大設(shè)計(jì) 模型設(shè)計(jì)布局圖。對(duì)于優(yōu)化設(shè)置的一些說(shuō)明：Main：優(yōu)化方式為“Gain Flatten”增益平坦方式，所要優(yōu)化達(dá)成的目標(biāo)為“Exact”，優(yōu)化循環(huán)數(shù)為60，有其他參數(shù)限制條件。(1) EDFA工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致恰好落在最佳波長(zhǎng)區(qū) (1300~1600nm)。輸出功率在單光譜時(shí)可達(dá)14dBm，而在雙泵浦時(shí)可達(dá)17dBm，甚至20dBm。EDFA對(duì)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(bǔ)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(hào)光功率Pout與輸入信號(hào)光功率Pin之比，一般以分貝(dB)來(lái)表示。用泵浦光功率Pp做參變量，給出了增益G (dB)與光纖長(zhǎng)度1之間的關(guān)系曲線。（2）根據(jù)相近參數(shù)的摻餌光纖（根據(jù)速率方程），長(zhǎng)度分別為：(a) 15m；(b)10m；(C)5m。W。EDFA的閾值功率(Ppth)幾乎和信號(hào)光入射功率無(wú)關(guān)。EDFA的泵浦方式對(duì)增益的影響：取摻餌光纖長(zhǎng)度為20m， 1024/m3，用1480nm的泵浦光進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)1536nm的信號(hào)光進(jìn)行放大：(a)前向泵浦光激勵(lì)方式，前向泵浦光功率為8mW； (b)反向泵浦光激勵(lì)方式，反向泵浦光功率為8mW。（3)雙向泵浦為使EDFA中摻雜粒子得到充分的激勵(lì)，必須提高泵浦功率，所以可以用多個(gè)泵浦源激勵(lì)光纖。在本論文中，主要完成了以下工作：（1）概要介紹了光纖放大技術(shù)，包括光纖放大器的分類、發(fā)展前景以及發(fā)展的方向。本論文設(shè)計(jì)在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫(xiě)作過(guò)程，論文初稿與定稿無(wú)不凝聚著孟憲江老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，孟憲江老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，孟老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。不積跬步何以至千里，各位任課老師