【正文】 認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。包括波分復(fù)用系統(tǒng)的組成，波分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)摻餌光纖放大器的要求等等。這種泵浦方式結(jié)合了前向泵浦與反向泵浦的優(yōu)點(diǎn)，使得泵浦光在光纖中均勻分布，從而其增益在光纖中也均勻分布。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)信號(hào)光的增益隨傳播長(zhǎng)度的變化。 （5）取相同參數(shù)的摻餌光纖長(zhǎng)度20m，信號(hào)光功率為1181。 （4）輸入信號(hào)光分別?。?a) 1181。W，輸出信號(hào)光功率與信號(hào)光增益與入射泵浦功率關(guān)系。可以這樣認(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。首先分析EDFA的增益特性。(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。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 (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)。 (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。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。 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。 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(shè)置直接進(jìn)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(guān)，增益一般為15dB~40dB。耦合器——用于將信號(hào)光和泵浦光耦合到摻鉺光纖中。摻Nd光纖放大器的工作波長(zhǎng)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。四波混頻、布里淵散射模擬、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、和拉曼散射模擬都包含在OptiSystem的光纖模型中。12 多設(shè)計(jì)版面（multiple layouts）你可以在同一個(gè)項(xiàng)目文件（project file）中創(chuàng)建多個(gè)設(shè)計(jì)，這使得創(chuàng)建和修改變得快速而高效。9 計(jì)算數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)查看（Stateoftheart calculation dataflow）計(jì)算流程列表通過決定元件模型（根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)流模型）的執(zhí)行系數(shù)來控制模擬。6 數(shù)據(jù)監(jiān)視（Data monitors）你可以選擇元件端口用于保存數(shù)據(jù)，還可以在模擬終端粘貼監(jiān)視器（monitors）。它結(jié)合來自不同廠商的測(cè)試測(cè)量設(shè)備。3 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計(jì)軟件——OptiSystem在成本效力和生產(chǎn)效率對(duì)于成功至關(guān)重要的光通訊工業(yè)里，獲獎(jiǎng)軟件OptiSystem可以在光通訊系統(tǒng)、連接和元件的設(shè)計(jì)中最小化時(shí)間需要和降低成本。光信噪比定義：OSNR = Psig / Pase可以看出，可以通過提高每個(gè)信道的光功率即提高摻鉺光纖放大器的總輸出功率來提高光信噪比，也可以通過降低放大了大自發(fā)輻射噪聲（ASE噪聲）來提高光信噪比。在用戶網(wǎng)中，當(dāng)用戶系統(tǒng)距離過長(zhǎng)時(shí)需要使用線路放大器；為了提高各支路的光功率分配數(shù)量，也要使用這類放大器。由于可以級(jí)聯(lián)使用，特別適合海底遠(yuǎn)程通信和陸地超長(zhǎng)距離傳輸使用。如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實(shí)現(xiàn)160—200km無中繼通信。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)間隔為納米級(jí)的復(fù)用，甚至可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)間隔為零點(diǎn)幾個(gè)納米級(jí)的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴(yán)格而已，因此把波長(zhǎng)間隔較小的8個(gè)波、16個(gè)波、32乃至更多個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用稱為 DWDM。與通用的單信道系統(tǒng)相比，密集WDM（DWDM）不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。在正常情況下，該波長(zhǎng)的輸出功率很小，當(dāng)線路的某些信號(hào)失去時(shí)，飽和波長(zhǎng)的輸出功率會(huì)自動(dòng)增加，用以補(bǔ)償丟失的各波長(zhǎng)信號(hào)的能量，從而保持EDFA輸出功率和增益保持恒定。濾波器型是在EDFA中內(nèi)插無源濾波器將1530nm的增益峰降低，或?qū)ｉT設(shè)計(jì)其透射譜與EDFA增益譜相反的光濾波器將增益譜削平，但濾波器型結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，附加損耗大，輸出功率會(huì)減小?，F(xiàn)階段實(shí)用化的固定式增益平坦技術(shù)主要有光纖光柵技術(shù)和介質(zhì)多層薄膜濾波器技術(shù)等。 WDM系統(tǒng)對(duì)EDFA增益平坦度的要求EDFA的增益平坦度(GF)是指在整個(gè)可用增益的帶寬內(nèi)，最大增益波長(zhǎng)點(diǎn)的增益與最小增益波長(zhǎng)點(diǎn)的增益之差。 EDFA用作線路放大器時(shí)，可以直接插入到光纖傳輸鏈路中作為光中繼放大器，省去了電中繼器的光／電／光轉(zhuǎn)換過程，直接放大光信號(hào)，以補(bǔ)償傳輸線路損耗，延長(zhǎng)中繼距離。在目前實(shí)用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)越的性能被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信系統(tǒng)中，作為前置放大器、線路放大器、功率放大器使用。這里可以將一根光纖看作是一個(gè)“多車道”的公用道路，傳統(tǒng)的 TDM系統(tǒng)只不過利用了這條道路的一條車道，提高比特率相當(dāng)于在該車道上加快行駛速度來增加單位時(shí)間內(nèi)的運(yùn)輸量。2 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用 波分復(fù)用（WDM）的基本概念 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成光通信系統(tǒng)可以按照不同的方式進(jìn)行分類。由于EDFA具有40nm的工作帶寬，它可以同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)，因此它可以十分方便地應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中，補(bǔ)償各種光衰耗。功率放大器與功率分配器也可考慮做成兩段重復(fù)使用[2]。 光纖放大器 光纖放大器不但可對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件；由于這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長(zhǎng)距離的波分復(fù)用（WDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。這兩個(gè)過程類似于摻餌光纖放大器(EDFA)中的自發(fā)輻射和受激輻射過程。半導(dǎo)體的發(fā)光可根據(jù)激發(fā)方式的不同分為光致發(fā)光、電致發(fā)光和陰極發(fā)光等。去除端面反射影響的另一種方法，也可以采用使端面傾斜的方法和窗結(jié)構(gòu)。光纖放大器又分為兩種，即摻稀土元素的光纖放大器和利用常規(guī)光纖的非線性效應(yīng)（如受激拉曼散射，受激希里淵散射等）的光放大器[1]。 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)，為了拓長(zhǎng)通信距離都需在通信線路中設(shè)置一定數(shù)量的中繼器，以便使衰減的光信號(hào)強(qiáng)度得到補(bǔ)充。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號(hào)光，從而使信號(hào)光得到放大。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。因而得到了普遍的應(yīng)運(yùn)，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。首先對(duì)光纖放大器的種類進(jìn)行大致的簡(jiǎn)介，其次闡述了摻鉺光纖放大器的歷史和發(fā)展，以及對(duì)摻鉺光纖放大器工作原理進(jìn)行了介紹又介紹了仿真軟件Optisystem的使用及功能。光放大器主要有3種：光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。于是，人們?cè)O(shè)想，是否用光放大器直接進(jìn)行光信號(hào)放大，以實(shí)現(xiàn)全光通信。另外，通過改變所使用的半導(dǎo)體材料的組成可以使波長(zhǎng)使用范圍超過100nm，這是半導(dǎo)體光放大器的一個(gè)突出特點(diǎn)。目前，實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)半導(dǎo)體光放大器的方法有很多種，如張應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用張應(yīng)變量子阱和壓應(yīng)變量子阱的混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)等。在半導(dǎo)體中電子的能級(jí)限制在導(dǎo)帶和價(jià)帶兩個(gè)帶內(nèi)，在導(dǎo)帶中電子充當(dāng)移動(dòng)載流子，在價(jià)帶中空穴充當(dāng)載流子。一個(gè)帶隙Ex把處在下面的導(dǎo)帶和上面的價(jià)帶分開，這樣，從一個(gè)能帶轉(zhuǎn)移到另一個(gè)能帶內(nèi)所發(fā)生的能量改變至少是Eg，因此，若hvE則半導(dǎo)體吸收光子，當(dāng)吸收了泵浦光子后就會(huì)在導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子，而在價(jià)帶中留下空穴，然后電子和空穴都迅速向能帶的最底點(diǎn)弛豫，并通過發(fā)射一個(gè)能量為禁帶寬度能量的光子復(fù)合。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導(dǎo)體光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據(jù)其在光纖網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發(fā)射機(jī)側(cè)用作功率放大器以提高發(fā)射機(jī)的功率；在接收機(jī)之前作光預(yù)放大器以極大地提高光接收機(jī)的靈敏度；在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補(bǔ)償光纖傳輸損耗，延長(zhǎng)傳輸距離。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。EDFA是目前及未來一段時(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。應(yīng)當(dāng)說，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)。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)?？康退俾氏赂叩慕邮侦`敏度（ 優(yōu) 于 50dBm）仍能正常工作。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)償無源光器件的損耗和提高發(fā)送光功率。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大使接收機(jī)過載，而某些低增益信道的接收光功率過小而達(dá)不到接收機(jī)靈敏度。通過多個(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。（3）EDFA增益特性的優(yōu)化技術(shù)。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。同樣，在光纖通信系統(tǒng)中也可以采用光的頻分復(fù)用的方法來提高系統(tǒng)的傳輸容量。 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。 前置放大器 把摻鉺光纖放大器置于光接收機(jī)關(guān)監(jiān)測(cè)器前面。在光纖用戶網(wǎng)中，雖然用戶系統(tǒng)的距離較短，但是用戶網(wǎng)的分子太多，光線干線中的光信號(hào)功率要進(jìn)行眾多的分配，甚至是多級(jí)進(jìn)行分配?！　。↙ineAmplifier），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。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了選擇中繼距離外，選用噪聲指數(shù)小的摻鉺光纖放大器也是提高光信噪比的一種有效的方法。結(jié)合其它Optiwave產(chǎn)品和工業(yè)中主要電子設(shè)計(jì)軟件的工具，使OptiSystem加快您的產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度和減小回報(bào)周期。3 混合信號(hào)表示（Mixed signal representation）OptiSystem為元件庫(kù)里光信號(hào)和電信號(hào)處理混合信號(hào)方程。7 用子系統(tǒng)分等級(jí)模擬（Hierarchical simulation with subsystems）為使模擬工具更加靈活高效，有必要提供在不同層面的模擬，包括系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元件層面。10 報(bào)告頁(yè)面（Report page）一個(gè)用戶定制的報(bào)告頁(yè)面允許顯示在設(shè)計(jì)中的設(shè)定的任何參數(shù)和可用結(jié)果。13 Optisystem的新特征新版本的OptiSystem在基于FTTx的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、光無線通信（OWC）、和光纖廣播系統(tǒng)（ROF）方面的設(shè)計(jì)得到了一系列的加強(qiáng)。先進(jìn)分析工具組（Advanced Analysis Toolsets）光子全參數(shù)分析器同時(shí)測(cè)量偏振模散射（PMD）和記錄多路徑。類似的產(chǎn)品還有超寬帶光放大器(UWOA)，它的覆蓋帶寬可對(duì)單根光纖中多達(dá)100路波長(zhǎng)信道進(jìn)行放大[8]。 EDFA的結(jié)構(gòu) EDFA的放大原理EDFA的放大作用是通過1550nm波段的信號(hào)光在摻鉺光纖中傳輸與Er3+離子相互作用產(chǎn)生的。泵浦光功率越大，3dB飽和輸出功率越大；摻鉺光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，3dB飽和輸出功率也越大。 未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大器后的光譜由上圖可以看出，經(jīng)過放大器后的16信道輸出光譜波動(dòng)在6dbm——4dbm之間。 經(jīng)過參數(shù)設(shè)置EDFA的光譜圖（綠色曲線為存在的噪聲） 經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大器后的噪聲情況由上圖可以看出經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大器后的噪聲上下波動(dòng)在72dbm與62dbm之間，相對(duì)而言波動(dòng)比較小對(duì)最后的輸出光譜圖影響比較小。所需泵浦光功率較低(數(shù)十毫瓦)，泵浦效率卻相當(dāng)高，用980nm光源泵浦時(shí)，增益效率可達(dá)11dB/mW， dB/mW；泵浦功率轉(zhuǎn)換為輸出功率的效率和吸收效率高于80%。這些都使它在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 (10) EDFA需要的工作電流比光一電一光中繼器小，因此可以大大減小所需電流，從而降低了對(duì)海底電纜和絕緣特性的要求：在放大器級(jí)聯(lián)使用中可以自動(dòng)補(bǔ)償線路上損耗的增加，使系統(tǒng)經(jīng)久耐用。 EDFA的主要應(yīng)用形式EDFA在功能應(yīng)用上可以分為用作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)木€路放大器、用作光發(fā)射機(jī)輸出的功率放大器和用作接收機(jī)前端的前置放大器。強(qiáng)大的光信號(hào)使電子放大器的噪聲可以忽略，用EDFA作預(yù)放的光接收機(jī)具有更高的靈敏度。（1）摻餌光纖放大器小信號(hào)增益G與泵浦功率Pp以及光纖長(zhǎng)度l的關(guān)系曲線。開始時(shí)G隨著PP的增加而指數(shù)增加，但當(dāng)PP到一定大小時(shí)，G趨向飽和。前向泵浦光功率分別取：(a) 15mW；(b) l0mW；(C)5mW。W；(d) 500181。泵浦光功率分別?。?a) 5mW；(b) l0mW；(c) 20mW；(d) 50mW。但由于吸收，泵浦光將沿光纖長(zhǎng)度而衰減，這一因素使在一定長(zhǎng)度上達(dá)到增益飽。現(xiàn)在已經(jīng)商用化的高濃度摻鉺光纖很多，而且近幾年的價(jià)格下降較快。包括摻餌光纖放大器的組成、原理、基本性能以及對(duì)放大過程的