【正文】 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(hào)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(zhǎng)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(zhǎng)信號(hào)恢復(fù)時(shí)，飽和波長(zhǎng)的輸出功率會(huì)相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長(zhǎng)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 系統(tǒng)的絕對(duì)參考頻率為 （對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)），不同波長(zhǎng)的頻率間隔應(yīng)為 100GHz 的整數(shù)倍（對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)間隔約為 整數(shù)倍）。如果需要擴(kuò)容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。來(lái)自光纖的光信號(hào)經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測(cè)器檢測(cè)。這樣一來(lái)被分配到每個(gè)分支獲得光信號(hào)就相當(dāng)?shù)娜酰荒鼙ＷC用戶的終端設(shè)備的接收質(zhì)量。 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）。在拓展理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 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。 應(yīng)用領(lǐng)域 ： OptiSystem 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。 4 品質(zhì)和性能運(yùn)算法則 為預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能， OptiSystem 對(duì)內(nèi)部信號(hào)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(jì)算參數(shù)如 BER 和 Q 因子。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(biāo)準(zhǔn)。它同時(shí)包含HTML 輸出和帶預(yù)先格式化的報(bào)告面板的模版 。 15 微波元件（ Microwave Components） 新的成熟的元件庫(kù)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。 19 S 參數(shù)提?。?SParameter Extractor） 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 從光發(fā)射器到接收器的信號(hào)特征可以被提取并輸出為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)周期。 圖 摻鉺光纖放大器 一個(gè)典型的摻鉺光纖放大器主要由以下幾部分組成 (如圖 所示 )： 摻鉺光纖 ——是 EDFA 的主體 ， 在石英基質(zhì)中摻入餌離子制成。由于 Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，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。 噪聲特性： EDFA 的輸出光中，除了有信 號(hào)光外，還有被放大的噪聲。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 未經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)置放大后的噪聲 由上圖可以看出噪聲的波動(dòng)在 65dbm——25dbm 之間，波動(dòng)比較強(qiáng)烈對(duì)最后結(jié)果影響比較大。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 圖 MPO 中要優(yōu)化的參數(shù) Result：這里要設(shè)定我們希望最后優(yōu)化完成的目標(biāo)，在本例中為 16 個(gè)信道的增益平坦一致為 23dB，如圖 所示。因?yàn)槭枪饫w型放大器，易于與傳輸光纖耦合連接，也可以用熔接在一起，熔接后反射損耗小。 (5) 頻帶寬，在 1310nm 和 1550nm窗口各有 2040nm 帶寬，可以進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用，對(duì)比特率高于 。 (9) 可以同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，高比特率信號(hào)和低比特率信號(hào)。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 (3)前置放大器處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號(hào)放大，提高接收機(jī)的靈敏度。首先分析EDFA 的增益特性?？梢赃@樣認(rèn)為，當(dāng)長(zhǎng)度 L Lopt 時(shí)，泵浦光功率 Pp(z) Ppth，在整個(gè)長(zhǎng)度的 EDF 上，處處滿足放大條件，從而最大限度利用了泵浦光功率。還可得知， Lopt 與輸入泵浦光功率有關(guān)，泵浦光功率越大， Lopt 也越長(zhǎng)以光纖長(zhǎng)度 1做參變量給出了增益G 與泵浦功率凡之間的關(guān)系。 EDFA 的放大特性的放大特性 。把EDFA 置于光接收機(jī) PIN 光檢側(cè)器的前面，來(lái)自光纖的信號(hào)經(jīng) EDFA 放大后再由 PIN 檢測(cè)。 (4) 光纖的色散和非線性效應(yīng)可以無(wú)阻礙地得到積累。對(duì)不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，與準(zhǔn)同步數(shù)字體系 (PDH)和同步數(shù)字體系 (SDH) 的各種速率兼容，調(diào)制方案可以任意選擇。極化光纖器件是一種新型的全玻璃光纖有源器件 ， 它充分利用了 ① 熔石英光纖優(yōu)良的透明性和很低的群速色極化光纖器件散； ② 與晶體材料的非線性光學(xué)器件或電光器 件相比 ， 它的制造成本很低 ， 易集成化和封裝簡(jiǎn)便； ③ 具有較高的光學(xué)損傷閾值； ④ 具有較高的可靠性和較低的插入損耗。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子中，且集中在光纖芯子中的近軸部分，餌信號(hào)光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng)，這使得光與媒質(zhì)的作用很充分 ；理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 再加之有較長(zhǎng)的作用長(zhǎng)度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。 圖 EDFA 增益的優(yōu)化進(jìn)程 我們可以用光譜儀（ OSA）對(duì)經(jīng)過(guò) EDFA 前后的 16 個(gè)信道的光信號(hào)做檢測(cè)分析，從以上結(jié)果分析可以很清楚的得到經(jīng)過(guò) OptiSystem 的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化后，信號(hào)的增益在一個(gè)平坦的曲線上，這可從為經(jīng)過(guò) EDFA 的光譜圖（圖 ）和經(jīng)過(guò) EDFA 的光譜圖（圖）的比較看出；優(yōu)化的結(jié)果 是十分成功的，這為我們提供了對(duì)所要設(shè)計(jì)的元件參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化指明了方向。雖然實(shí)現(xiàn)了放大，但是增益不是十分平坦。 EDFA 的放大設(shè)計(jì) 模型設(shè)計(jì)布局圖 如圖 所示 。如圖 所示 。 隔離器 ——用于抑制光的來(lái)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(gè)新的離散化參數(shù)用于寬帶采用信號(hào)，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(yè)（ script page ）時(shí)腳本語(yǔ)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(hào)功率、增益、噪聲圖、以及每個(gè)信道的 OSNR。 功能說(shuō)明： 1 Component Library(元件庫(kù) ) OptiSystem 元件庫(kù)包含數(shù)百給元件，使你可以輸入從實(shí)際設(shè)備中測(cè)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(hào)和小信號(hào)時(shí)，增益都是一樣的，即每個(gè)信道的輸出光功率在輸入信道增減時(shí)都保持恒定。對(duì)于一個(gè) N 個(gè)放大器的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，每一級(jí)放大器將前一級(jí)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(jí)積累，于是，光信噪比（ OSNR）將逐級(jí)劣化。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。 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。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 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。 EDFA 在密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)中應(yīng)用的分析 EDFA 在 DWDM 系統(tǒng)中的作用和應(yīng)用方式 EDFA 是目前光放大器市場(chǎng)的主流品種，在 DWDM 系統(tǒng)、接入網(wǎng)和有線電視領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在 CATV 系統(tǒng)中通常作為功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率，使發(fā)射機(jī)覆蓋的用戶數(shù)大大增加，也可作為光纖線路的中繼放大器，以補(bǔ)償光分路器及線路損耗，使傳輸距離大大增加。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來(lái)提高系統(tǒng)的傳輸容量。 在某些情況下，光放大器的輸出功率非常高，可能非常接近光纖安全功率的極限。 （ 3） EDFA 增益特性的優(yōu)化技術(shù) 。通過(guò)多個(gè)長(zhǎng)周期的光柵組合，可以構(gòu)成具有與 EDFA 增益波長(zhǎng)特性相反的增益均衡器。雖然增益差值不大，但當(dāng)多個(gè) EDFA 級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，這種增益差值會(huì)線性積累，嚴(yán)重時(shí)，信號(hào)到達(dá)接收端后，有些高增益信道的接收光功率過(guò)大使接收機(jī)過(guò)載，而某些低增 益信道的接收光功率過(guò)小而達(dá)不到接收機(jī)靈敏度。 EDFA 作為功率放大器時(shí)，裝在光發(fā)送機(jī)之后，對(duì)光源發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償無(wú)源光器件的損耗和提高發(fā)送光功率?？康退俾氏赂叩慕邮侦`敏度（ 優(yōu) 于 50dBm）仍能正常工作。光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元（ OTU）將非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為 ITUT 所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，系統(tǒng)中應(yīng)用光 /電 /光（ O/E/O）的變換，即先用光電二極管 PIN 或 APD 把接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 然后該電信號(hào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制，從而得到新的合乎要求的光波長(zhǎng)信號(hào)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，頻率和波長(zhǎng)是緊密相關(guān)的，頻分也即波分，但在光通信系統(tǒng)中，由于波分復(fù)用系統(tǒng)分離波長(zhǎng)是采用光學(xué)分光元件，它不同于一般電通信中采用的濾波器，所以我們?nèi)詫烧叻殖蓛蓚€(gè)不同的系統(tǒng)。 EDFA 是目前及未來(lái)一段時(shí)間放大器的主要選擇，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng) /接入網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。 光纖放大器作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)功能模塊，納入網(wǎng)管系統(tǒng)的方法一般有兩種：其一是通過(guò)光纖放大器的 232C 接口電路將光纖放大器的性能參數(shù)和 告警信息傳輸給網(wǎng)管系統(tǒng)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，顯示和處置。 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(xiě)為 EDFA)是 90年代開(kāi)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(lái)了一場(chǎng)革命。 如果泵浦源的強(qiáng)度越來(lái)越大 ， 電子將會(huì)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(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止 。 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(guò)程只與晶格交換能量而不產(chǎn)生光發(fā)射 ， 稱為無(wú)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(dòng)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。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)體光放大器由有源區(qū)和無(wú)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。經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，各種各樣的光放大器終于問(wèn)世了。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。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)。重點(diǎn)關(guān)注了摻鉺光纖放大器 的放大過(guò)程以及 對(duì) 摻餌光纖放大器各信道增益不平坦問(wèn)題進(jìn)行了初步研究并分析。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長(zhǎng) ， 等諸多特點(diǎn)。 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 ..................................................................................