【導讀】光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信的目的。信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長,等諸多特點。因而得到了普遍的。應運，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。光放大器的問世不僅解決了。能的優(yōu)劣直接影響到網絡通信的容量和質量。摻鉺光纖放大器是將來很長一段時。時代的到來，將在未來“信息高速公路”的建設中發(fā)揮重要作用。本論文介紹了摻鉺光纖放大器的相關理論。紹，進而深入剖析了EDFA工作機理。本文的重點在于在熟悉EDFA光放大機理。和工作原理的前提下，運用OptiSystem軟件構造研究EDFA特性的系統(tǒng)電路圖，

　　

【正文】 EDF 的 length 設為 20m。 EDF 在 仿真 中使用的特 性如圖 、圖 所示 。在圖 中不斷增強的選項 ，定義 了 瑞利常數(shù)和捕獲率 的數(shù)值 。 為了以防捕獲率 ，該 元 件的選項 將 被選中。 18 圖 摻鉺光纖特性（ a）主要選項卡，（ b）加強 選項卡 19 圖 EDF 的吸收和釋放參數(shù)圖 EDF 在 光纖散射中 存在 的返回 損耗可以近似 成 ： 20 ( ) ( ) 2 ( )[ e xp ( ) 1 ]2 ( ) 10 l og 10sL C a L GR Ge?? ???? ?? ? ? ? （ 41） G 是 摻鉺光纖放大器 的 增益， L 是光纖 長度， C 是捕獲 率 ， as 是 散射造成的損失。該方程給出了一個參考 來 比較 仿真 得到的結果。 即使如此 ，在 你 計算的 返回 損耗 之前 ，有必要在 1558nm波段 獲得信號增益。 增益是在 沒有考慮瑞利散射效應 仿真情況下獲得的 ，如圖 所示。 增益作為信號輸入功率 的 功能， 由 兩種 光纖 的長度得到， 分別是 10 米和 20 米。這兩條曲線 可以 在公式 中被運用，用來 計算 返回 損耗。 仿真的 結果包括 了 瑞利散射 和分析結果 ，如圖 所示 。 （一） 在 1558納米模擬增益反射損耗與信號輸入功率 21 （二）在 1558 nm的反射損耗與信號輸入功率 圖 結果顯示 了在 10 米長的光纖上的良好匹配度。對 EDF 的 20 米光纖長度來說，結果開始顯示輸入功率在 15 dBm處存在著巨大差異。這種情況是因為分析模型只有再對人口近似的反演常數(shù)時是可靠的。 對于 20m的例子，人口反演值的變化與 EDF 的反演得到的結果差異是有相關的。圖 顯示了標準化人口的亞穩(wěn)態(tài)水平，對應于 EDF 的 10 米（ a） ， 10dBm輸入信號功率對應于 EDF 的 20 米（ b）。標準化人口的值對于 10 米光纖，近似于 ；對 20 米光纖來說，值要大于 。這 也就 解釋了 在光纖 長度 20 米 處，分析和仿真結果 之間差異 增加的原因 。 22 （ a） EDF的長度為 10m （ b） EDF的長度為 20m 圖 EDF分別為 10m、 20m輸入信號功率為 10dB的人口亞穩(wěn)態(tài)水平 23 摻鉺光纖放大器增益 對 波分復用光波系統(tǒng) 的 仿真 這個仿真是 摻鉺光纖放大器增益 對 波分復用光波系統(tǒng) 的優(yōu)化， 我們提供一個優(yōu)化的增益平坦度類型的例子 。通過優(yōu)化光纖長度和泵浦功率，會縮減摻鉺光纖放大器增益。在實施 包括摻鉺光纖放大器波分在內的復用系統(tǒng)時，困難在于，摻鉺光纖放大器增益譜的波長依賴性。通過級聯(lián)摻鉺光纖放大器，產生了信噪比之間的差別渠道作用。例如使用內部或外部濾波器，或熱均勻線降低放大器的擴大 。這些方法需要額外的元件或要求更復雜。 一個 好 的方法 出現(xiàn)了。這種方法是通過控制基礎上優(yōu)化的纖維長度和泵浦功率進行優(yōu)化，為了給定輸入功率和所需的輸出功率。 仿真系統(tǒng)電路圖布局 在這個例子中，我們展示如何平坦摻鉺光纖放大器增益的一個使用這種技術。該仿真的 電路圖的布局如下圖所示。 圖 項目布局優(yōu)化的摻鉺光 纖放大器增益 24 仿真參數(shù)設置及結果分析 優(yōu)化目標是做一個比較。但是請注意，我們的模擬光纖參數(shù)可能有所不同。摻鉺光纖放大器輸入的是 16 相當于波長 12nm為 nm 的波長分離（ 1546nm至1558nm）波長復用信號的區(qū)域，每個通道的帶寬是 26 dBm的。我們使用默認光纖參數(shù)，所需的增益為 23 分貝。我們也希望有一個超過 dBm和一個小于 分貝的增益平坦度（定義為輸出功率 Gmax / Gmin）。 光纖長度和泵浦功率被選定為參數(shù)進行優(yōu)化，根據輸出功率和增益平坦度的限制達到預期增 益。雙端口波分復用分析儀分析增益和平坦度而光學功率計測量輸出功率。初始參數(shù)值如下：泵浦功率為 100 毫瓦，光纖長度為 4米。泵功率必然介于 0 和 160 兆瓦之間。光纖的長度在 1 到 40 之間，截止度參數(shù)為 1，結果和截止度限制是 。 注意沒有參數(shù)和結果的單位在優(yōu)化工具中表示。在優(yōu)化的參數(shù)和結果的工具中，這些單位采取被視為是給出相應的參數(shù)或結果與項目布局相同。 圖 圖 顯示了一個未優(yōu)化放大器在泵浦功率為 100 毫瓦和光纖長度為 4 米時的輸出信號和噪聲頻譜。在這種情況下，即 使平均增益約為 30 分貝，增益平坦度約為 分貝，這也比要求的更高。 經過 24 通行之后，對泵浦功率和光纖長度進行了優(yōu)化，以達到預期的目標。優(yōu)化的泵浦功率和光纖長度為 毫瓦，大約 米。在這些值下，得到一個 23 dB 的平均增益和一個增益平坦度為 ，輸出信號功率大約為 8 毫瓦。輸出信號和噪聲頻譜如圖 所示。 25 圖 優(yōu)化是通過使用一個半解析方法，然后研究結果證實了實驗研究。相比于其它，我們有更好的增益平坦度模擬結果。 26 5 結論 本次課程設計過程是艱辛的， 在此要感謝我的指導老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，雖然過程艱辛，但收獲同樣巨大。課程設計讓我們把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更進一步的理解和認識。由于自身能力有限，在課程設計中碰到了很多的問題，有些通過查閱相關書籍、資料以及和同學交流后都能得以解決。但有些仍有待改善。 通過此次 課程 設計，我 們 學習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軟件的應用， 分析 了 不同泵浦方式下 EDFA的性能及應用，結合仿真軟件，設計 EDFA 在通信網中的應用分析。 了解了相關元件的基本知識，同時還熟練掌握了對文獻資料等的收集、查閱、應用 等 。 通過學習仿真軟件， 我們 學會 了 使用軟件建立仿真系統(tǒng)，并根據參數(shù)的修改，對參數(shù)進行圖譜分析。在設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終在老師 辛勤 的指導下，終于完成了此次設計。 此次設計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識 ， 最后定會 收獲頗豐。 27 致謝 在本次 課程 設計過程中，我 們 得到了老師和同學們的熱情幫助。在此，對他們表示衷心的感謝。 首先，要對我的指導老師 *****老師 表示衷心的感謝。從方案的選取、審題、查找資料，到 仿真 系統(tǒng)的各部分設計工作，到最后 本次設計的 完成， 兩位 老師在我 們 整個設計工作中給 予了巨 大的幫助和支持。老師 們 的諄諄教導，使我受益匪淺。 同時 ， 還 要感謝我們班的眾多同學，本次設計能夠圓滿完成，和各位同學的幫助是息息相關的。在本次設計中，我遇到了無數(shù)困難，在需要幫助的時候，各位同學給了我無私的幫助，助我 們 度過了一 個又一個的難題。 在這里向他們道聲感謝。 28 參考文獻 [1] 郭玉 斌 . 光纖 通 信技 術 [M]. 西安 : 西 安 電子 科 技 大學 出 版社 ,2020. [2] 劉琳 . 摻 銩 光 纖 放 大 器 及 其 應 用 [D]. 東 南 大 學 碩 士 論 文 ,2020. [3] 張金菊等 .光纖通信原理 [M].北京 :中國人民大學出版社 ,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] 孫學康，張金菊 .光纖通信技術 [M].北京：人 民大學出版社； 2020. [7] 包建新 .光纖通信技術基礎 [M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社， 2020. [8] 張寶富 .光纖通信 [M].西安：西安電子科技大學出版社， 2020. [9] 馬軍山 .光纖通信原理與技術 [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：北京郵電大學出版 社 .2020.