【正文】 波段 獲得信號(hào)增益。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 。 注意沒有參數(shù)和結(jié)果的單位在優(yōu)化工具中表示。 了解了相關(guān)元件的基本知識(shí)，同時(shí)還熟練掌握了對(duì)文獻(xiàn)資料等的收集、查閱、應(yīng)用 等 。 在這里向他們道聲感謝。課程設(shè)計(jì)讓我們把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。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(cè)量輸出功率。 22 （ a） EDF的長(zhǎng)度為 10m （ b） EDF的長(zhǎng)度為 20m 圖 EDF分別為 10m、 20m輸入信號(hào)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(duì) 波分復(fù)用光波系統(tǒng) 的 仿真 這個(gè)仿真是 摻鉺光纖放大器增益 對(duì) 波分復(fù)用光波系統(tǒng) 的優(yōu)化， 我們提供一個(gè)優(yōu)化的增益平坦度類型的例子 。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 。從（ 34）式可以看出，為了達(dá)到一個(gè)給定的最大增益 G，輸入信號(hào)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(zhǎng)度有關(guān)。 噪聲系數(shù) 摻鉺光纖放大器噪聲的主要來源包括：信號(hào)光的散彈噪聲，信號(hào)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。 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)。 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(hào)光極化狀態(tài)無關(guān)且所需泵浦功率低。放大的光信號(hào)在經(jīng)過隔離器和濾波器之后便全部完成了整個(gè)信號(hào)光的放大工作。其中有一個(gè)自發(fā)輻射波長(zhǎng)在 1530nm 附近的能級(jí)具有較高的壽命（約 10ms），其它能級(jí)的壽命很短 (微秒量級(jí) )，故其它高能帶都用作泵浦帶，而 1530附近能級(jí)充當(dāng)用于放大的亞穩(wěn)態(tài)。處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)躍遷返回低能態(tài)。 (3) 能量轉(zhuǎn)換效率高。 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(hào)通過的纖芯中摻入了鉺離 子 Er3 + 的光信號(hào)放大器。 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(jí) 學(xué) 號(hào) 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。是 1985 年英國(guó)南安普頓大學(xué)首先研制成功的光放大器，它是光纖通信中最偉大的發(fā)明之一。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子，且集中在光纖芯子中的近軸部分，而信號(hào)光和泵浦光也是在近軸部分最強(qiáng)，這使得光與物質(zhì)作用很充分。返 回的方式可能是無輻射躍遷，其多余的能量以熱或聲子的形式而不是以光的形式釋放出來 ； 也可能是輻射躍遷，其多余的能量是以光子或光波的形式向外釋放的，也就是說，在躍遷返回時(shí)將向外發(fā)射一個(gè)光子 ?h ，其能量為兩能態(tài)之間的能量差。而對(duì)應(yīng)于 807nm、665nm 等附近的能帶用于泵浦時(shí)，具有很強(qiáng)的激發(fā)態(tài)吸收（ ESA），造成了泵浦能量的浪費(fèi)，而 1480nm 和 980nm 不存在 ESA，泵浦效率高，故目前僅使用 1480nm和 980nm 波長(zhǎng)激光器作為泵浦源。光隔離器的作用是抑制光反射而保證光放大器工作的穩(wěn)定。 EDFA 在密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)廣泛實(shí)用。 功率增益 功率增益定義為 ）（輸入光功率輸出光功率功率增益 dB1 0 lo g? 它表示了光放大器的放大能力，增益的大小與泵浦光功率以及光纖長(zhǎng)度等諸因素有關(guān)。 摻鉺光纖放大器噪聲特性可用于噪聲系數(shù) F來表示，它定義為： 放大器的輸出信噪比 放大器的輸入信噪比?F 據(jù)分析，摻鉺光纖放大器噪聲系數(shù)的極限約為 3dB。例如 EDFA 中，長(zhǎng)為 L 的三能級(jí)激光介質(zhì)中的最大增益為： exp( )mas eG p L?? （ 36） 等式中 e? 是信號(hào)發(fā)射截面，ρ是稀土元素的濃 度。 為了以防捕獲率 ，該 元 件的選項(xiàng) 將 被選中。通過優(yōu)化光纖長(zhǎng)度和泵浦功率，會(huì)縮減摻鉺光纖放大器增益。初始參數(shù)值如下：泵浦功率為 100 毫瓦，光纖長(zhǎng)度為 4米。由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問題，有些通過查閱相關(guān)書籍、資料以及和同學(xué)交流后都能得以解決。 28 參考文獻(xiàn) [1] 郭玉 斌 . 光纖 通 信技 術(shù) [M]. 西安 : 西 安 電子 科 技 大學(xué) 出 版社 ,2020. [2] 劉琳 . 摻 銩 光 纖 放 大 器 及 其 應(yīng) 用 [D]. 東 南 大 學(xué) 碩 士 論 文 ,2020. [3] 張金菊等 .光纖通信原理 [M].北京 :中國(guó)人民大學(xué)出版社 ,2020 [4] 原榮 .光纖通信 .第二版 .北京 :電子工業(yè)出版社， 2020． [5] 桂紅 .光纖通信 [M].北京 :人民郵電出版社， 2020. [6] 孫學(xué)康，張金菊 .光纖通信技術(shù) [M].北京：人 民大學(xué)出版社； 2020. [7] 包建新 .光纖通信技術(shù)基礎(chǔ) [M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2020. [8] 張寶富 .光纖通信 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020. [9] 馬軍山 .光纖通信原理與技術(shù) [M].北京 :人民郵電出版社， 2020. [10 ] 黃章勇 .光纖通信用新型光無源器件 [M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2020. [11] 黃章勇 .光纖通信用光電子器件和組件 [M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版 社 .2020. 。 通過此次 課程 設(shè)計(jì)，我 們 學(xué)習(xí)和掌握摻鉺光纖放大器（ EDFA） 的原理 及特性 ， 并熟練掌握了 仿真軟件 Optisystem軟件的應(yīng)用， 分析 了 不同泵浦方式下 EDFA的性能及應(yīng)用，結(jié)合仿真軟件，設(shè)計(jì) EDFA 在通信網(wǎng)中的應(yīng)用分析。光纖的長(zhǎng)度在 1 到 40 之間，截止度參數(shù)為 1，結(jié)果和截止度限制是 。通過級(jí)聯(lián)摻鉺光纖放大器，產(chǎn)生了信噪比之間的差別渠道作用。該方程給出了一個(gè)參考 來 比較 仿真 得到的結(jié)果。又由 EDFA 理論模型有： 2 ( 1)ASE sp k kP n G h v?? ? ? (310) 其中 spn 為基級(jí)和亞穩(wěn)級(jí)的反轉(zhuǎn)參數(shù)，通常要大于 1。m） 20 10 0 20 10 0 輸入功率（ dB可以看出，放大器的功率增益隨泵浦功率的增加而增加，當(dāng)泵浦功率達(dá)到一定值時(shí)，放大器的功率增益出現(xiàn)飽和，即泵浦功率再增加而功率增益基本保持不變。 EDFA 的主要應(yīng)用 EDFA 在光纖通信系統(tǒng)中的主要作用是延長(zhǎng)中繼距離，當(dāng)它與波分復(fù)用技術(shù)、光弧子技術(shù)相結(jié)合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)超大容量、超長(zhǎng)距離的傳輸。自發(fā)輻射噪聲消耗了泵浦功率并影響通信質(zhì)量，因此應(yīng)設(shè)法用濾波器濾掉，以降低自發(fā)輻射噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。 665nm 807nm 980nm 1480nm 6 圖 Er3+離子的簡(jiǎn)化能級(jí)圖和各種躍遷過程 使用發(fā)射 980nm 光子的泵浦激光器去激勵(lì)鉺離子時(shí)，鉺離子中的電子從基態(tài)躍遷到泵浦能級(jí)，如圖 中的躍遷過程①所示。所謂自發(fā)輻射，是指在沒有任何外界因素影響的情況下，處于高能態(tài)的原子經(jīng)過一 段時(shí)間后會(huì)自然而然的掉下來回到低能態(tài)而發(fā)射一個(gè)光子 ?h 。輸出功率大，增益可達(dá) 40dB，輸出功率在單向泵浦時(shí)可達(dá) 14dBm， 雙向泵浦時(shí)可達(dá) 17dBm，甚至可達(dá) 20dBm，充分泵浦時(shí)，噪 聲系 3 數(shù)可低至 3~4dB，串話也很小。從 20 世紀(jì) 80 年代后期開始，摻鉺光纖放大器的研究工