【文章內容簡介】 大器可用作數字、模擬以及相干光通信的功率放大器。即如果線路上已采用摻鉺光纖放大器做功率放大器，那么，不管它需要傳輸數字信號還是傳輸模擬信號，不必改變摻鉺光纖放大器線路設備。 摻鉺光纖放大器可傳輸不同的碼率。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備。 摻鉺光纖放大器做功率放大器，可在不改變原有噪聲特性和誤碼率的前提下，直接放大數字、模擬活二者混合的數據格式，特別適合光纖傳輸網絡升級。實現(xiàn)語音、圖像、數據同網傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線路設備。  一個摻鉺光纖放大器可同時傳輸若干波長的光信號，即用光波復用擴容時，不必改變摻鉺光纖放大器線路設備。實踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線傳輸，經過近千公里的傳輸后的誤碼率人能達到 。如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實現(xiàn)160—200km無中繼通信。如果有必要，還可將中繼距離延長更遠。 前置放大器 把摻鉺光纖放大器置于光接收機關監(jiān)測器前面。來自光纖的光信號經摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測器檢測。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放大器的光接收機具有較高的靈敏度，其靈敏度甚至不亞于相干光接收機的。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進行放大，可以大大延長傳輸距離，也成為中繼放大器。線路放大器的顯著優(yōu)點是增益高，通常大于30dB。由于可以級聯(lián)使用，特別適合海底遠程通信和陸地超長距離傳輸使用。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。用戶接入網中的光纖放大器光纖放大器在用戶接入網中也占有重要地位。在光纖用戶網中，雖然用戶系統(tǒng)的距離較短，但是用戶網的分子太多，光線干線中的光信號功率要進行眾多的分配，甚至是多級進行分配。這樣一來被分配到每個分支獲得光信號就相當的弱，不能保證用戶的終端設備的接收質量。為此，需要將光信號進行放大，這就需要光纖放大器。將光纖放大器置于光發(fā)射機后端，以提高入纖的光功率，使整個線路系統(tǒng)的光功率得到提高，以滿足各級需要，這就要用到光纖功率放大器。在用戶網中，當用戶系統(tǒng)距離過長時需要使用線路放大器；為了提高各支路的光功率分配數量，也要使用這類放大器。 總之，光線放大器在用戶接入網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量以及復用密度，對降低用戶網建設成本也會起到很大作用。摻鉺光纖放大器在密集波分復用系統(tǒng)中的應用主要是補償傳輸中的光纖損耗，根據放大器在系統(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、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。　?。↙ineAmplifier），處于功率放大器之后，用于周期性地補償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲指數，較大的輸出光功率?！　。≒reAmplifier），處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機的靈敏度（在光信噪比(OSNR)滿足要求情況下，較大的輸入功率可以壓制接收機本身的噪聲，提高接收靈敏度），要求噪聲指數很小，對輸出功率沒有太大的要求[7]。 DWDM中對EDFA的主要性能要求　　為了滿足在密集波分復用系統(tǒng)中應用的要求，摻鉺光纖放大器的性能和功能上有其特殊的要求，光信號傳輸后最重要的一個指標是光信噪比（OSNR）。摻鉺光纖放大器除了放大輸入的光信號之外，還產生ASE噪聲，可以等效成一個理想的增益為G的放大器，和一個功率為Pase的噪聲源相疊加。對于一個N個放大器的級聯(lián)系統(tǒng)，每一級放大器將前一級的ASE噪聲放大G倍，同時疊加上本身產生的ASE噪聲，噪聲逐級積累，于是，光信噪比（OSNR）將逐級劣化。光信噪比定義：OSNR = Psig / Pase可以看出，可以通過提高每個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。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隨放大器的級數線性增長，而光纖的損耗是隨著光纖長度增長呈指數增長，根據假設，放大器的增益正好補償光纖損耗，可以得出以下結論：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（即增加摻鉺光纖放大器級聯(lián)個數），要比增加中繼長度，減少中繼個數傳輸更遠的距離。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，要比增加中繼長度，減少中繼個數時有較小的Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR）。另外，在系統(tǒng)設計中，除了選擇中繼距離外，選用噪聲指數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。在密集波分復用系統(tǒng)中為了容納更多的信道，提高系統(tǒng)容量，有兩種方法：一種是降低信道的間隔；另一種是拓展摻鉺光纖放大器的工作波長范圍。在拓展工作波長范圍的同時，還必須保證在工作波長范圍增益平坦，因為摻鉺光纖放大器是級聯(lián)使用的，每一級小的不平坦，在多級級聯(lián)后，就會變得很不平坦，造成在線路終端的各個信道功率差別太大。　　摻鉺光纖放大器的增益特性是小輸入光信號增益大，大輸入光信號時增益小，在密集波分復用系統(tǒng)中，如果不對線路光纖放大器的增益進行控制的話，那么，在輸入信道少時（小輸入光信號）的增益要比輸入信道多時（大輸入光信號）增益大，這會造成輸入信道少時，每個信道輸出功率大，在極端情況下，只有一個輸入信道，那么，就有可能造成輸出光信號足夠大，在光纖傳輸中產生非線性失真。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和小信號時，增益都是一樣的，即每個信道的輸出光功率在輸入信道增減時都保持恒定。3 光通訊系統(tǒng)和放大器設計軟件——OptiSystem在成本效力和生產效率對于成功至關重要的光通訊工業(yè)里，獲獎軟件OptiSystem可以在光通訊系統(tǒng)、連接和元件的設計中最小化時間需要和降低成本。OptiSystem是一款新穎的、高速發(fā)展的、功能強大的軟件設計工具，能使用戶在從LAN，SAN，MAN到ultralonghaul的寬光譜光網絡的傳輸層上進行設計、測試和模擬計劃所有類型的光連接。它提供從元件到系統(tǒng)水平在傳輸層光通訊系統(tǒng)設計和預研，同時呈現(xiàn)可視化的分析及特定結果。結合其它Optiwave產品和工業(yè)中主要電子設計軟件的工具，使OptiSystem加快您的產品投放市場的速度和減小回報周期。 獨特優(yōu)勢：提供全面的系統(tǒng)性能洞察；評估參量靈敏度以輔助設計容差規(guī)格；為潛在客戶真實呈現(xiàn)設計選項和細節(jié)；為廣泛的系統(tǒng)特征參數的設定提供簡單接口；提供自動參數掃描和優(yōu)化；結合廣泛應用的Optiwave產品。 應用領域：OptiSystem為不斷演化的光子市場提供功能強大容易使用的光系統(tǒng)設計工具，滿足研發(fā)科學家、光通訊工程師、系統(tǒng)管理員、學生及各類其它用戶的需要。OptiSystem使用戶可以設計、測試、和模擬：WNM/TDM 或CATV網絡設計，SONET/SDH環(huán)設計，發(fā)射系統(tǒng)、信道、放大器、和接收系統(tǒng)設計，色散圖設計，評估BER和不同接收模型的系統(tǒng)代價，放大系統(tǒng)BER和連接開支計算。 功能說明：1 Component Library(元件庫)OptiSystem元件庫包含數百給元件，使你可以輸入從實際設備中測得的參數。它結合來自不同廠商的測試測量設備。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。2 結合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：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating，和OptiFiber。3 混合信號表示（Mixed signal representation）OptiSystem為元件庫里光信號和電信號處理混合信號方程。OptiSystem采用與模擬精度和效率有關的適當的數值方法計算信號。4 品質和性能運算法則為預測系統(tǒng)的性能，OptiSystem對內部信號干涉和噪聲限制的系統(tǒng)采取數值分析或者半分析技術計算參數如BER和Q因子。5 先進的查看工具（Advanced visualization tools）先進的查看工具產生OSA光譜、信號啁啾、眼圖、偏振態(tài)、星形圖等等。還包括WDM分析工具列出信號功率、增益、噪聲圖、以及每個信道的OSNR。6 數據監(jiān)視（Data monitors）你可以選擇元件端口用于保存數據，還可以在模擬終端粘貼監(jiān)視器（monitors）。這允許在模擬后處理數據而不需要重新計算。你可以連接任意數目的觀察器到同一個端口的監(jiān)視器上。7 用子系統(tǒng)分等級模擬（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。OptiSystem表現(xiàn)了在元件和系統(tǒng)上真正的分等級定義。使你能夠采用特定的集成光纖光學軟件工具在元件層面上，可以模擬希望的精度標準。8 強大的腳本語言（Powerful Script language）你可以輸入算數表達式作為參數和創(chuàng)建全局參數（采用VB Script語言可以在元件和系統(tǒng)中進行共享）。在使用腳本頁（script page ）時腳本語言可以操作和控制OptiSystem，包括計算、Layout創(chuàng)建和數據處理。9 計算數據流實時查看（Stateoftheart calculation dataflow）計算流程列表通過決定元件模型（根據選擇的數據流模型）的執(zhí)行系數來控制模擬。主要工作于傳輸層模擬的數據流模型是元件迭代數據流（CIDF）。CIDF主要采用運行時間進程表、支持條件、數據依賴迭代、和真實遞歸。10 報告頁面（Report page）一個用戶定制的報告頁面允許顯示在設計中的設定的任何參數和可用結果。產生的結果可以被表示為大小可調、可以移動的電子列表、文本、2D和3D圖形。它同時包含HTML輸出和帶預先格式化的報告面板的模版。11 材料清單（Bill of materials）OptiSystem提供被設計、安裝的系統(tǒng)的成本分析表。成本數據可以輸出到其它軟件或電子表格中。12 多設計版面（multiple layouts）你可以在同一個項目文件（project file）中創(chuàng)建多個設計，這使得創(chuàng)建和修改變得快速而高效。每一個OptiSystem項目文件（project file）中都可以包含多個設計。設計可以被獨立地計算和修改，但是計算結果可以在不同設計間交叉結合，允許進行比較。13 Optisystem的新特征新版本的OptiSystem在基于FTTx的無源光網絡（PON）、光無線通信（OWC）、和光纖廣播系統(tǒng)（ROF）方面的設計得到了一系列的加強。14 雙向AWG（BiDirectional AWG）新特征加強了OptiSystem獨特的雙向能力，使PONs的AWG的設計更加容易。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，功率分束和結合器。一個理想的ROF模擬應用解決方案。16 光纖和放大器（Optical Fibers and Amplifiers）一個新的離散化參數用于寬帶采用信號，為摻雜放大器增益和布里淵計算提供了更好的性能、精度和收斂。四波混頻、布里淵散射模擬、自相位調制、交叉相位調制、和拉曼散射模擬都包含在OptiSystem的光纖模型中。17 自由空間光學（FSO）新特征可以模擬復雜衛(wèi)星間的通信連接。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。先進分析工具組（Advanced Analysis Toolsets）光子全參數分析器同時測量偏振模散射（PMD）和記錄多路徑。這一全面的新特征可以測量插入損耗（IL）、差分群速延遲（DGD）、偏振色散（PDC），消偏率，散射，散射斜度，和群延遲（GD）。19 S參數提?。⊿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，有益于EDA工具提供綜合S參數支持，這大大縮短了設計周期。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)后可構成多能級的激光系統(tǒng)，在泵浦光作用下使輸入信號光直接放大。提供合適的反饋后則構成光纖激光器。摻Nd光纖放大器的工作波長為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)展及應用受到限制。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)應用。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用(WDM)帶寬。類似的產品還有超寬帶光放大器(UWOA)，它的覆蓋帶寬可對單根光纖中多達100路波長信道進行放大[8]。下圖為摻鉺光纖放大器實物圖。 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，在石英基質中摻入餌離子制成。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。隔離器——用于抑制光的來回反射，保證放大器工作穩(wěn)定。