【正文】 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. 。在本次設(shè)計(jì)中，我遇到了無數(shù)困難，在需要幫助的時(shí)候，各位同學(xué)給了我無私的幫助，助我 們 度過了一 個(gè)又一個(gè)的難題。老師 們 的諄諄教導(dǎo)，使我受益匪淺。 首先，要對我的指導(dǎo)老師 *****老師 表示衷心的感謝。 27 致謝 在本次 課程 設(shè)計(jì)過程中，我 們 得到了老師和同學(xué)們的熱情幫助。最終在老師 辛勤 的指導(dǎo)下，終于完成了此次設(shè)計(jì)。 通過學(xué)習(xí)仿真軟件， 我們 學(xué)會(huì) 了 使用軟件建立仿真系統(tǒng)，并根據(jù)參數(shù)的修改，對參數(shù)進(jìn)行圖譜分析。 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。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。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，雖然過程艱辛，但收獲同樣巨大。相比于其它，我們有更好的增益平坦度模擬結(jié)果。輸出信號和噪聲頻譜如圖 所示。優(yōu)化的泵浦功率和光纖長度為 毫瓦，大約 米。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。在優(yōu)化的參數(shù)和結(jié)果的工具中，這些單位采取被視為是給出相應(yīng)的參數(shù)或結(jié)果與項(xiàng)目布局相同。光纖的長度在 1 到 40 之間，截止度參數(shù)為 1，結(jié)果和截止度限制是 。初始參數(shù)值如下：泵浦功率為 100 毫瓦，光纖長度為 4米。 光纖長度和泵浦功率被選定為參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)輸出功率和增益平坦度的限制達(dá)到預(yù)期增 益。我們使用默認(rèn)光纖參數(shù)，所需的增益為 23 分貝。但是請注意，我們的模擬光纖參數(shù)可能有所不同。該仿真的 電路圖的布局如下圖所示。這種方法是通過控制基礎(chǔ)上優(yōu)化的纖維長度和泵浦功率進(jìn)行優(yōu)化，為了給定輸入功率和所需的輸出功率。這些方法需要額外的元件或要求更復(fù)雜。通過級聯(lián)摻鉺光纖放大器，產(chǎn)生了信噪比之間的差別渠道作用。通過優(yōu)化光纖長度和泵浦功率，會(huì)縮減摻鉺光纖放大器增益。這 也就 解釋了 在光纖 長度 20 米 處，分析和仿真結(jié)果 之間差異 增加的原因 。圖 顯示了標(biāo)準(zhǔn)化人口的亞穩(wěn)態(tài)水平，對應(yīng)于 EDF 的 10 米（ a） ， 10dBm輸入信號功率對應(yīng)于 EDF 的 20 米（ b）。這種情況是因?yàn)榉治瞿Ｐ椭挥性賹θ丝诮频姆囱莩?shù)時(shí)是可靠的。 （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(jié)果顯示 了在 10 米長的光纖上的良好匹配度。這兩條曲線 可以 在公式 中被運(yùn)用，用來 計(jì)算 返回 損耗。 增益是在 沒有考慮瑞利散射效應(yīng) 仿真情況下獲得的 ，如圖 所示。該方程給出了一個(gè)參考 來 比較 仿真 得到的結(jié)果。 為了以防捕獲率 ，該 元 件的選項(xiàng) 將 被選中。 EDF 在 仿真 中使用的特 性如圖 、圖 所示 。 雙端口波分復(fù)用損耗和增益分析器的 Lower frequency limit 和 upper frequency limit 分別設(shè)為 、。 17 圖 仿真參數(shù)設(shè)置及結(jié)果分析 在系統(tǒng)圖中，將連續(xù)激光器的頻率設(shè)為 1558nm，功率設(shè)為 30dBm。 耦合器 的兩個(gè)接受端分別連接 連續(xù)激光器和 泵浦激光器 的輸出端， 波分復(fù)用 （ WDM） 分析儀連接在耦合器的輸出端口 ，而 EDF 的輸出端口給 WDM 的右側(cè)返回了一個(gè)信號 在 1558nm波段的損耗 。 這仿真實(shí)驗(yàn)證明了散射可以由 瑞利散射 效應(yīng)引起， 在 仿真中所使用的 系統(tǒng)元器件由連續(xù)激光器（ CW Laser）、 泵浦激光器 （ pump laser）、摻鉺光纖、 雙端口波分復(fù)用分析器 （ Dual Port WDM Analyzer）及 泵耦合器 （ pump coupler） 組成 。 16 4 基于 OptiSystem 的 EDFA 仿真 摻鉺光纖放大器在通信網(wǎng)中 瑞利散射 效應(yīng) 的仿真 一 個(gè) 摻鉺光纖放大器 的散射 超過 了 一個(gè)等 長的 非 摻 鉺光纖 的散射，原因是瑞利散射 可以引起 摻鉺光纖放大器的性能下降， 為了在仿真中得到 更準(zhǔn)確 的 結(jié)果 ，必 須將 這一 因素考慮到仿真中去 。又由 EDFA 理論模型有： 2 ( 1)ASE sp k kP n G h v?? ? ? (310) 其中 spn 為基級和亞穩(wěn)級的反轉(zhuǎn)參數(shù)，通常要大于 1。例如 EDFA 中，長為 L 的三能級激光介質(zhì)中的最大增益為： exp( )mas eG p L?? （ 36） 等式中 e? 是信號發(fā)射截面，ρ是稀土元素的濃 度。當(dāng)輸入信號功率非常大，即 ,( / )s in p s p inPp???? 時(shí)，放大器的最大增益是 1，這表示放大器對信號是透 15 明的。 PCE 的理論最大值是 p? /s? ，純粹是為了參考，可以使用與波長無關(guān)的量子轉(zhuǎn)換效率（ QCE）來幫助理解，其定義為： spQCE PCE??? （ 33） QCE 的最大值是 1，此時(shí)所有的泵浦光子都轉(zhuǎn)換為信號光子。為使泵浦系統(tǒng)能夠工作，必須有 p? s? 。（ 31）式中的不等式反映了系統(tǒng)可能會(huì)受到影響，比如由于不同原因（比如雜質(zhì)間相互作用）造成的泵浦光子損失或由自發(fā)輻射導(dǎo)致的泵浦能量損失，都可以使系統(tǒng)受到影響。 EDFA 性能的定性分析 EDFA 的輸入、輸出功率可以使用能量守恒原理表示為： , , ,ps o u t s in p insP P p???? （ 31） 等式中， ,sinP 是輸入泵浦功率， p? 和 s? 分別是泵浦波長和信號波長。 m） 3dB 14 EDFA，摻鉺光纖長度為 30m 時(shí)，測得的噪聲 系數(shù)為 ；而采用 m泵浦源時(shí)、在摻鉺光纖長度為 60m 時(shí)，測得的噪聲系數(shù)為 。m） 20 10 0 20 10 0 輸入功率（ dB 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。 m 摻鉺光纖長度 =50m 泵浦光波長 = 摻雜濃度 25mg/kg 圖 摻鉺光纖放大器功率增益與泵浦功率間的關(guān)系 光纖長度（ m） 泵浦功率 =90mW 摻鉺光纖長度（ m） 泵浦光波長 = 摻雜濃度 25mg/kg 圖 摻鉺光纖放大器功率增益與光纖長度間的關(guān)系 13 示，當(dāng)飽和增益下降 3dB 時(shí)所對應(yīng)的輸出功率值為 3dB 輸出飽和功率，它代表了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。 摻鉺光纖放大器的最大輸出功率常用 3dB 輸出飽和功率來表示。如。 據(jù)報(bào)道，如采用 m泵浦源，當(dāng)泵浦功率為 5mW、摻鉺光纖長