【正文】 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005.[2] 傅海陽(yáng),楊龍向,：人民郵電出版社，2000.[3] ：北京郵電大學(xué)出版社,2001.[4] 孫學(xué)軍,：人民郵電出版社,1997.[5] ：北京郵電大學(xué)出版社,1999.29 。同時(shí)，在論文寫作過(guò)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(jī)會(huì)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?lái)的辛勤栽培。致謝走的最快的總是時(shí)間，來(lái)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?jiǎng)澫峦昝赖木涮?hào)。主要包括摻鉺光纖的基本概念及參數(shù)，鉺離子能級(jí)間躍遷原理，摻鉺光纖的熔接問(wèn)題；結(jié)合實(shí)際應(yīng)用研究了抽運(yùn)激光二極管的使用、結(jié)構(gòu)、使用注意事項(xiàng)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(diǎn)、應(yīng)用、發(fā)展前景以及研究的必要性。而且未來(lái)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(zhǎng)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(jià)格下降較快。第四章 總結(jié) 光纖通信已成為當(dāng)今信息社會(huì)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(shí)驗(yàn)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(hào)增益大，大輸入光信號(hào)時(shí)增益小，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中，如果不對(duì)線路光纖放大器的增益進(jìn)行控制的話，那么，在輸入信道少時(shí)（小輸入光信號(hào)）的增益要比輸入信道多時(shí)（大輸入光信號(hào)）增益大，這會(huì)造成輸入信道少時(shí)，每個(gè)信道輸出功率大，在極端情況下，只有一個(gè)輸入信道，那么，就有可能造成輸出光信號(hào)足夠大，在光纖傳輸中產(chǎn)生非線性失真。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(zhǎng)范圍。換一個(gè)角度說(shuō)，傳輸距離相同的情況下，降低中繼長(zhǎng)度，增加中繼個(gè)數(shù)，要比增加中繼長(zhǎng)度，減少中繼個(gè)數(shù)時(shí)有較小的Pase，即提高了接收端光信噪比（OSNR）。對(duì)于一個(gè)N個(gè)放大器的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，每一級(jí)放大器將前一級(jí)的ASE噪聲放大G倍，同時(shí)疊加上本身產(chǎn)生的ASE噪聲，噪聲逐級(jí)積累，于是，光信噪比（OSNR）將逐級(jí)劣化。 DWDM中對(duì)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(hào)傳輸后最重要的一個(gè)指標(biāo)是光信噪比（OSNR）?！　? （LineAmplifier），處于功率放大器之后，用于周期性地補(bǔ)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(hào)的功率，即可以補(bǔ)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(duì)降低用戶網(wǎng)建設(shè)成本也會(huì)起到很大作用。 G 4 C 7 iP|/ 9Pf] G= 為此，需要將光信號(hào)進(jìn)行放大，這就需要光纖放大器。在光纖用戶網(wǎng)中，雖然用戶系統(tǒng)的距離較短，但是用戶網(wǎng)的分子太多，光線干線中的光信號(hào)功率要進(jìn)行眾多的分配，甚至是多級(jí)進(jìn)行分配。**Q K}j[D TQz 39。由于可以級(jí)聯(lián)使用，特別適合海底遠(yuǎn)程通信和陸地超長(zhǎng)距離傳輸使用。 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(hào)進(jìn)行放大，可以大大延長(zhǎng)傳輸距離，也成為中繼放大器。 線路放大器 TYedem$ 來(lái)自光纖的光信號(hào)經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后再由光檢測(cè)器檢測(cè)。m,SWG[~ } O:l]O` 如果有必要，還可將中繼距離延長(zhǎng)更遠(yuǎn)。 實(shí)踐證明，使用摻鉺光纖放大器的光纖干線傳輸，經(jīng)過(guò)近千公里的傳輸后的誤碼率人能達(dá)到 。{ 3BWT 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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。:Vrj[i{ eMamp。如果需要擴(kuò)容，由低碼率改變?yōu)楦叽a率時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)備。b2^O$ l C。應(yīng)用范圍包括干線高速光通信系統(tǒng)、海纜系統(tǒng)、本地網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)、摻鉺光纖放大器作為功率放大器有許多特殊功能是電子線路放大器所不能比擬的，分述 xUPg~c0 如下： 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以及相干光通信的功率放大器。光纖放大器與其他放大器比較，具有輸出功率大、增益高、工作帶寬寬、與偏振無(wú)關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，它已成為新一代光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。 DWDM 系統(tǒng)的構(gòu)成，發(fā)送端的光發(fā)射機(jī)發(fā)出波長(zhǎng) 不同而精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光波長(zhǎng)復(fù)用器復(fù)用在一起 送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來(lái)彌補(bǔ)合波器引起的功率 損失和提高光信號(hào)的發(fā)送功率），再將放大后的多路光信號(hào)送入光纖傳輸， 中間可以根據(jù)情況決定有或沒(méi)有光線路放大器，到達(dá)接收端經(jīng)光前置放大器 （主要用于提高接收靈敏度，以便延長(zhǎng)傳輸距離）放大以后，送入光波長(zhǎng)分 波器分解出原來(lái)的各路光信號(hào)。 隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)間隔為納米級(jí)的復(fù)用，甚至可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)間隔為零點(diǎn)幾個(gè)納米級(jí)的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴(yán)格而已，因此把波長(zhǎng)間隔較小的 8 個(gè)波、16 個(gè)波、32 乃 至更多個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用稱為 DWDM。 由于目前一些光器件（如帶寬很窄的濾光器、相干光源等）還不很成熟，因 此，要實(shí)現(xiàn)光信道非常密集的光頻分復(fù)用（相干光通信技術(shù)）是很困難的， 但基于目前的器件水平，已可以實(shí)現(xiàn)相隔光信道的頻分復(fù)用。事實(shí)上，這樣的復(fù)用方法在光纖通信系統(tǒng)中是非常有效的。即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)頻率不同 的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同利用帶通濾波器濾出每一個(gè)信道的信 號(hào)。與通用的單信道系統(tǒng)相比，密集 WDM（DWDM）不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴(kuò)容簡(jiǎn)單和性能可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。對(duì)鏈路切斷情況下可能引起的強(qiáng)烈“浪涌”效應(yīng)更應(yīng)加以重視，必須保證系統(tǒng)能夠及時(shí)關(guān)閉泵浦源和系統(tǒng)，以防止對(duì)系統(tǒng)造成損。因此，對(duì)于含有光放大器的WDM系統(tǒng)，安全特別重要。當(dāng)線路的多波長(zhǎng)信 號(hào)恢復(fù)時(shí)，飽和波長(zhǎng)的輸出功率會(huì)相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長(zhǎng)激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。在發(fā)送端，除了傳輸信號(hào)的工作波長(zhǎng)外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個(gè)波長(zhǎng)作為飽和波長(zhǎng)。EDFA的增益控制技術(shù)有許多種，典型的有控制泵浦源增益的方法，EDFA內(nèi)部的監(jiān)測(cè)電路通過(guò)監(jiān)測(cè)輸入和輸出功率的比值來(lái)控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長(zhǎng)某些信號(hào)丟失時(shí)，輸入功率會(huì)減小，輸出功率和輸入功率的比值會(huì)增加，通過(guò)反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持(輸出／輸入)增益不變，從而使EDFA的總輸出功率減少，保持輸出信號(hào)電平的穩(wěn)定。其最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需制作和引入附加元件。 濾波器型是在EDFA中內(nèi)插無(wú)源濾波器將1530nm的增益峰降低，或?qū)ｉT設(shè)計(jì)其透射譜與EDFA增益譜相反的光濾波器將增益譜削平，但濾波器型結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，附加損耗大，輸出功率會(huì)減小。b．光纖技術(shù)所謂光纖技術(shù)是指通過(guò)改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來(lái)改變EDF的特性，從而改善EDFA的增益平坦性。使用該技術(shù)，在1528～1568nm的40nm帶寬內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)增益偏差在5％以內(nèi)的帶寬增益平坦的EDFA。其光柵周期一般為數(shù)百um。現(xiàn)階段實(shí)用化的固定式增益平坦技術(shù)主要有光纖光柵技術(shù)和介質(zhì)多層薄膜濾波器技術(shù)等。 a．增益均衡技術(shù)增益均衡技術(shù)是利用損耗特性與放大器的增益波長(zhǎng)特性相反的增益均衡器來(lái)抵消增益的不均勻性，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于放大器的增益曲線和均衡器的損耗特性精密吻合，使綜合特性平坦。因此，要使各信道上的增益偏差處于允許范圍內(nèi)，放大器的增益就必須平坦。 一般EDFA在它的工作波段內(nèi)存在著一定的增益起伏，即不同波長(zhǎng)所得到的增益不同。 ②WDM系統(tǒng)對(duì)EDFA增益平坦度的要求 EDFA的增益平坦度(GF)是指在整個(gè)可用增益的帶寬內(nèi)，最大增益波長(zhǎng)點(diǎn)的增益與最小增益波長(zhǎng)點(diǎn)的增益之差。 ①EDFA增益帶寬 目前，EDFA可用增益頻譜范圍為l530～l565nm，增益帶寬為35nm左右，可以滿足4～32信道的WDM系統(tǒng)。通常工作于深飽和區(qū)，要求EDFA在保持適中的增益和噪聲系數(shù)下，能提供盡可能高的輸出光功率，必要時(shí)可用雙泵浦。要求EDFA同時(shí)具有較高的增益和輸出光功率，還應(yīng)有對(duì)其工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 EDFA用作線路放大器時(shí)，可以直接插入到光纖傳輸鏈路中作為光中繼放大器，省去了電中繼器的光／電／光轉(zhuǎn)換過(guò)程，直接放大光信號(hào)，以補(bǔ)償傳輸線路損耗，延長(zhǎng)中繼距離。 EDFA作前置放大器時(shí)，放在光接收機(jī)之前，以提高光接收機(jī)的靈敏度，一般工作于小信號(hào)或線性狀態(tài)，信號(hào)輸入功率約一40dBm。但必須在 EDFA 之前下光路，而在 EDFA 之后上光 路。ITUT 建議優(yōu)選采用 1510nm 波 長(zhǎng) ， 容量為 2Mbit/s 。在目前實(shí)用的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器 （EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中 摻鉺光纖放大器以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光 纖通信系統(tǒng)中，作為前置放大器、線路放大器、功率放大器使用。光分波器 用于傳輸系統(tǒng)的接收端，正好與光合波器相反，它具有一個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，將多個(gè)不同波長(zhǎng)信號(hào)分類開來(lái)。 波分復(fù)用器可分為發(fā)端的光合波器。WDM 系統(tǒng)組成。 這里可以將一根光纖看作是一個(gè)“多車道”的公用道路，傳統(tǒng)的 TDM 系統(tǒng)只 不過(guò)利用了這條道路的一條車道，提高比特率相當(dāng)于在該車道上加快行駛速 度來(lái)增加單位時(shí)間內(nèi)的運(yùn)輸量。隨著電光技術(shù)的向前發(fā)展，在同一光纖中波長(zhǎng)的密度會(huì)變得很高 。 波分復(fù)用是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)。所謂頻分、時(shí)分、波分和空分復(fù)用，是指按頻率、時(shí)間、波 長(zhǎng)和空間來(lái)進(jìn)行分割的光通信系統(tǒng)。圖24： 三種泵浦方式的EDFA第三章 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用與研究 波分復(fù)用（WDM）的基本概念 波分復(fù)用系統(tǒng)的組成光通信系統(tǒng)可以按照不同的方式進(jìn)行分類。如果 提供部分前向泵浦，部分后向泵浦，則稱為雙向泵浦。其優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)光信號(hào)放大到很強(qiáng) 時(shí)，泵浦光也強(qiáng)，不易達(dá)到飽和。但由于吸收，泵浦光將沿光纖長(zhǎng)度而衰減，這一因素使在一定長(zhǎng)度上達(dá)到增益飽。 由圖24可知，前向泵浦光、反向泵浦光、雙向泵浦光三種激勵(lì)方式效果各不相同。 (c)雙向泵浦光激勵(lì)方式，前向泵浦光功率為4mW，反向泵浦光功率為4mW。EDFA的泵浦方式對(duì)增益的影響：取摻餌光纖長(zhǎng)度為20m, X 1024/m3，用1480nm的泵浦光進(jìn)行激勵(lì)，對(duì)1536nm的信號(hào) 光進(jìn)行放大:(a)前向泵浦光激勵(lì)方式，前向泵浦光功率為8mW。當(dāng)泵浦光功率、EDF一定時(shí)，輸入信號(hào)光功率不同時(shí)獲得的增 益不同，輸入信號(hào)光功率越大，增益越小。(c) 20mW。采用前向泵浦