【正文】 北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2021. [2] 傅海陽 ,楊龍向 ,李文龍 .現(xiàn)代電信傳輸 .北京：人民郵電出版社， 2021. [3] 紀越峰等 .現(xiàn)代通信技術(shù) .北京：北京郵電大學(xué)出版社 ,2021. [4] 孫學(xué)軍 ,張述軍等 .DWDM 傳輸系統(tǒng)原理與測試 .北京：人民郵電出版社 ,1997. [5] 紀越峰 .光波分復(fù)用系統(tǒng) .北京：北京郵電大學(xué)出版社 ,1999. 。 同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。在此向袁老師表示深深的感謝和崇高的敬意！ 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這三年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們?nèi)陙淼男燎谠耘唷? 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 28 致謝 走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，三年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。主要包括摻鉺光纖的基本概念及參數(shù)，鉺離子能級間躍遷原理，摻鉺光纖的熔接問題；結(jié)合實際應(yīng)用研究了抽運激光二極管的使用 、結(jié)構(gòu)、使用注意事項等；闡明了光纖波分復(fù)用器的原理。在本論文中，主要完成了以下工作： （ 1）概要介紹了摻鉺光纖放大器的研究背景，包括摻鉺光纖放大器的特點、應(yīng)用、發(fā)展前景以及研究的必要性。而且未來的光纖光源是以更高功率，更寬更平坦光譜，超連續(xù)、多波長的方向發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)商用化的高濃度摻鉺光纖很多，而且近幾年的價格下降較快。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 27 第四章 總結(jié) 光纖通信已成為當(dāng)今信息社會不可缺少的神經(jīng)系統(tǒng)，而光源作為光纖通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，其理論和實驗方面的研究有著十分重要的意義。 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(fù)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(chǎn)生非線性無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 26 失真。在密集波分復(fù)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。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(shù)，要比增加中繼長度，減少中繼個數(shù)時有較小的 Pase，即提高了接收端光信噪比（ OSNR）。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(chǎn)生的 ASE 噪聲，噪聲逐級積累，于是，光信噪比（ OSNR）將逐級劣化。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 25 DWDM 中對 EDFA 的主要性能要求 為了滿足在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)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）。 （ LineAmplifier），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(shù)，較大的輸出光功率。 總之，光線放大器在用戶接入網(wǎng)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(shù)量以及復(fù)用密度，對降低用戶網(wǎng)建設(shè)成本也會起到很大作用。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。這樣一來被分配到每個分支獲得光信號就相當(dāng)?shù)娜?，不能保證用戶的終端設(shè)備的接收質(zhì)量。 用戶接入網(wǎng)中的光纖放大器 光纖放大器在用戶接入網(wǎng)中也占有重要地位。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。 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。來自光纖的光信號經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測器檢測。如 果有必要，還可將中繼距離延長更遠。 實踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線傳輸，經(jīng)過近千公里的傳輸后的誤碼率人能達到 。實現(xiàn)語音、圖像、數(shù)據(jù)同網(wǎng)傳輸，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。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(shè)備。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(shù)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(shè)備。無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 23 摻鉺光纖放大器用在系統(tǒng)發(fā)射機輸出短，提高發(fā)送功率，延長傳輸距離；用在光纖傳輸鏈路中，補償光能量的損失，可增加傳輸距離；用在光接收機前，對信號進行預(yù)防大，可提高光接收機靈敏度。 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)射機的功率，使發(fā)射機覆蓋的用戶數(shù)大大增加， 也可作為光纖線路的中繼放大器，以補償光分路器及線路損耗，使傳輸距離大大增加。 ITUT 建議， DWDM 系統(tǒng)的絕對 參考頻率為 （對應(yīng)的波長 ），不同波長的頻率間隔 應(yīng)為 100GHz 的整數(shù)倍（對應(yīng)波長間隔約為 的整數(shù)倍）。人們通常把光信道間隔較大（甚至在光纖不同窗口上）的復(fù)用稱為光波分復(fù)用 （ WDM），再把在同一窗口中信道間隔較小的 DWDM 稱為密集波分復(fù)用 （ DWDM）。與模擬的載波通信系統(tǒng)中的頻分復(fù)用不同的是，在光纖通信系統(tǒng)中是用光無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 22 波作為信號 的載波，根據(jù)每一個信道光波的頻率（或波長）不同將光纖的低損耗窗口劃 分成若干個信道， 從而在一根光纖中實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。 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。 在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容 量，通常利用頻分復(fù)用的方法。 密集波分復(fù)用（ DWDM）原理概述 DWDM 技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個波長作為載 波，允許各載波信道在光纖內(nèi)同時傳輸。 ITUT建議規(guī)定：單路或合路入纖最大光功率電平為 +17dBm。 ④ 安全要求 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。在正常情況下，該波長的輸出功率很小，當(dāng)線路的某些信號失去時，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補償丟失的各波長信號的能量，從而保持 EDFA 輸出功率和增益保持恒定。 另外，還有飽和波長 的方法。 ③ EDFA 增益特性的優(yōu)化技術(shù) 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 21 采用放大波段內(nèi)的增益控制和光譜均衡方法，能取得 EDFA 增益特性優(yōu)化的良好結(jié)果。 本征型是在 EDF 中摻入別的雜質(zhì) (如摻鋁 EDFA、摻釔 EDFA)或改變 EDF 基質(zhì) (如氟化物 EDFA、碲化物 EDFA)?？煞譃闉V波器型和本征型兩類。 動態(tài)的增益均衡技術(shù)是指動態(tài)增益可調(diào)的增益平坦濾波器技術(shù)，主要有 法拉第 旋轉(zhuǎn)體型增益可調(diào)濾波器技術(shù)、波導(dǎo) M— Z型增益可調(diào)型濾波 器技術(shù)、陣列波導(dǎo)型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)和聲光型動態(tài)增益可調(diào)濾波器技術(shù)等。通過多個長周期的光柵組合，可以構(gòu)成具有與 EDFA 增益波長特性相反的增益均衡器。增益均衡用的光纖 光柵是一種長周期光纖光柵。增益均衡技術(shù)可以分為固定式的和動態(tài)的。 使光纖放大器增益平坦的技術(shù) 有兩種途徑：一是增益均衡技術(shù)；二是光纖技術(shù)。雖然增益差值不大，但當(dāng)多個 EDFA 級聯(lián)應(yīng)用時，這種增益差值會線性積累，嚴重時，信號到達接收端后，有些高增益信道的接收光功率過大使接收機過載，而某些低增益信道的接收光功率過小而達不到接收機靈敏度。在 WDM系統(tǒng)中，要求 EDFA 的 GF 越小越好。如果希望進一步增大帶寬，以利用波長資源，則必?zé)o錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 20 須開發(fā)新型的光放大器。 WDM 系統(tǒng)對 EDFA 的要求 為了確保 WDM 系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量， WDM系統(tǒng)中使用的 EDFA 應(yīng)具有足夠的帶寬、平坦的增益、低噪聲系數(shù)和高輸出功率。 EDFA 作為功率放大器時，裝在光發(fā)送機之后，對光源發(fā)出的光信號進行放大，以補償無源光器件的損耗和提高發(fā)送光功率。一般工作在近飽和區(qū)，信號輸入功率約一 20dBm。要求 EDFA 的增益足夠高，噪聲系數(shù)則越小越好。 EDFA在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中可以作為前置放大器、線路放大器和功率放大器。 靠低速率下高的接收靈敏度（ 優(yōu) 于 50dBm）仍能正常工作。 光監(jiān)控信道是為 WDM 的光傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控而設(shè)立的。 光放大器不但可以對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大器，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可 少的關(guān)鍵器件。光合波器用于傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端，是一 種具有多個輸入端口和一個輸出端口的器件，它 的每一個輸入端口輸入一個預(yù)選波長的光信號，輸入的不同波長無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摻鉺光纖放大器的原理與應(yīng)用 19 的光波由同一輸出端口輸出。光波長轉(zhuǎn)換單元（ OTU）將非標準的波長轉(zhuǎn)換為 ITUT 所規(guī)范的標準波長， 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 收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后該電信號對標準波長的激光器進行調(diào)制， 從而得到新的合乎要求的光波長信號。而使用 DWDM 技術(shù)，類似利用公用道路上 尚未使用的車道，以獲取光纖中未開發(fā)的巨大傳輸能力。 因而 ， 使用術(shù)語密集波分復(fù)用（ DWDMDense Wavelength Division Multiplexing），與此對照，還有波長密度較低的 WDM 系統(tǒng)，較低密度的就稱為稀疏波分復(fù)用（ CWDMCoarse Wave Division Multiplexing）。光波分復(fù)用的實質(zhì)是在光纖上進行光頻分復(fù)用（ OFDM），只是因為光波通常采用波長而不用頻率來 描述、監(jiān)測與控制。應(yīng)當(dāng)說，頻率和波長是緊密相關(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€不同的系統(tǒng)。如果按照信號的復(fù)用方式來進行 分類，可分為頻分復(fù)用系統(tǒng)（ FDMFrequency Division Multiplexing ）、時 分復(fù)用系統(tǒng)（ TDMTime Division Multiplexing）、波分復(fù)用系統(tǒng)（ WDMWavelength Division Multiplexing）和空分復(fù)用系統(tǒng)（ SDMSpace Division Multiplexing）。這種泵浦方式結(jié)合了前向泵浦與反向泵浦的優(yōu)點，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。 （ 3)雙向泵浦 為使 EDFA 中摻 雜粒子得到充分的激勵，必須提高泵浦功率，所以可以用多個泵浦源激勵光纖。 （ 2)反向泵浦 泵浦光與信號光從不同的反向輸入 EDFA，兩者在光纖中傳輸方向相反。 （ 1)前向（同向）泵浦 在摻餌光纖的輸入端，泵浦光較強，故粒子反轉(zhuǎn)激勵也強，其增益系數(shù)大，信號一進入光纖即得到較強 的放大。達到穩(wěn)態(tài)時信號光的增益隨傳播長度的變化。 (b)反向泵浦光激勵方式，反向泵浦光功率為 8mW。激勵泵浦光功率越大，信號增益越大。 (d) 50mW。泵浦光功率分別取 :(a) 5mW； (b) l0mW 。W。 閾值功率(Ppth)主要由 EDF 的長度決定，大的入射功率比小的更加容易飽和。信號光增益與泵浦光功率的關(guān)系：當(dāng) EDF一定時，隨著泵浦光功率的增大，信號光增益漸漸增大最終趨于飽和，飽和增 益隨著輸入信號功率的增加而有所減少。 (d) 500 181。(c) 100 181。W； (b) 10 181。 采用前向泵浦光激勵功率 。 取相同參數(shù)的摻餌光纖長度 l 0m,信號光功率為 1181。(C)5mW。前向泵浦光功率分別取 :(a) 15mW。W,輸出信號光功率與信號光增益與入射泵浦功率關(guān)系（ 3）取相同參數(shù)摻餌光纖長度 30m，信號光功率為 1181