【正文】 取摻餌光纖長度為20m， 1024/m3，用1480nm的泵浦光進(jìn)行激勵(lì)，對1536nm的信號光進(jìn)行放大：(a)前向泵浦光激勵(lì)方式，前向泵浦光功率為8mW； (b)反向泵浦光激勵(lì)方式，反向泵浦光功率為8mW。當(dāng)泵浦光功率、EDF一定時(shí)，輸入信號光功率不同時(shí)獲得的增益不同，輸入信號光功率越大，增益越小。采用前向泵浦光激勵(lì)功率。 （5）取相同參數(shù)的摻餌光纖長度20m，信號光功率為1181。EDFA的閾值功率(Ppth)幾乎和信號光入射功率無關(guān)。W。W；(c) 100181。 （4）輸入信號光分別?。?a) 1181。W。但由于參數(shù)取值不同，相同泵浦光功率下信號光獲得的增益較小。W。W，輸出信號光功率與信號光增益與入射泵浦功率關(guān)系。（2）根據(jù)相近參數(shù)的摻餌光纖（根據(jù)速率方程），長度分別為：(a) 15m；(b)10m；(C)5m。泵浦閾值功率Ppth，只有Pp Ppth時(shí)，G ≥0,且L愈長，Ppth愈高。還可得知，Lopt與輸入泵浦光功率有關(guān)，泵浦光功率越大，Lopt也越長以光纖長度1做參變量給出了增益G與泵浦功率凡之間的關(guān)系?？梢赃@樣認(rèn)為，當(dāng)長度L Lopt時(shí)，泵浦光功率Pp(z) Ppth，在整個(gè)長度的EDF上，處處滿足放大條件，從而最大限度利用了泵浦光功率。用泵浦光功率Pp做參變量，給出了增益G (dB)與光纖長度1之間的關(guān)系曲線。 181。EDFA的放大特性的放大特性。首先分析EDFA的增益特性。 EDFA的增益特性增益G是指輸出信號光功率Pout與輸入信號光功率Pin之比，一般以分貝(dB)來表示。如果綜合上述各種應(yīng)用，一個(gè)EDFA用作接收機(jī)前置放大器，另一個(gè)EDFA用作發(fā)送機(jī)的功率提升放大器，就可以實(shí)現(xiàn)長距離的無中繼傳輸。把EDFA置于光接收機(jī)PIN光檢側(cè)器的前面，來自光纖的信號經(jīng)EDFA放大后再由PIN檢測。(3)前置放大器處于分波器之前，線路放大器之后，用于信號放大，提高接收機(jī)的靈敏度。(2)線路放大器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。(1)功率放大器把EDFA置于光發(fā)射機(jī)半導(dǎo)體激光器之后，光信號經(jīng)EDFA放大后進(jìn)入光纖線路，從而使光纖傳輸?shù)臒o中繼距離增大，可達(dá)200km以上。(4) 光纖的色散和非線性效應(yīng)可以無阻礙地得到積累。在光纖通信系統(tǒng)中需要采取特殊手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。 (2) 增益帶寬不平坦。 當(dāng)然EDFA也有其固有的缺點(diǎn)： (1)波長范圍固定。對不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，與準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)和同步數(shù)字體系(SDH) 的各種速率兼容，調(diào)制方案可以任意選擇。 (9) 可以同時(shí)傳輸模擬信號和數(shù)字信號，高比特率信號和低比特率信號。EDFA對溫度不敏感，在100℃范圍內(nèi)，增益特性保持穩(wěn)定。例如：在高速光纖通訊領(lǐng)域，可作為光纖調(diào)制器，可調(diào)制相位和偏振態(tài)，在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)下，還可調(diào)制振幅，也可作為高速光開關(guān)；在非線性光學(xué)領(lǐng)域，可作為光學(xué)參量頻率轉(zhuǎn)換器件，光子對放大器，例如利用三波混頻，以擴(kuò)展高功率二極管激光器的波長范圍；在光纖傳感領(lǐng)域，其可調(diào)制特性，可作為本征光纖傳感器，測量電壓等參量；帶有布拉格反射光柵的、集成化的電光有源光纖傳感器在替代現(xiàn)有傳感器上是非常吸引人的。極化光纖器件是一種新型的全玻璃光纖有源器件，它充分利用了①熔石英光纖優(yōu)良的透明性和很低的群速色極化光纖器件散；②與晶體材料的非線性光學(xué)器件或電光器件相比，它的制造成本很低，易集成化和封裝簡便；③具有較高的光學(xué)損傷閾值；④具有較高的可靠性和較低的插入損耗。 (5) 頻帶寬，在1310nm和1550nm窗口各有2040nm帶寬，可以進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省成本費(fèi)用。輸出功率在單光譜時(shí)可達(dá)14dBm，而在雙泵浦時(shí)可達(dá)17dBm，甚至20dBm。 (4) 增益高、噪聲低、輸出功率大。激光工作物質(zhì)集中在光纖芯子中，且集中在光纖芯子中的近軸部分，餌信號光和泵浦光也是在光纖的近軸部分最強(qiáng)，這使得光與媒質(zhì)的作用很充分；再加之有較長的作用長度，因而有較高的轉(zhuǎn)換效率。因?yàn)槭枪饫w型放大器，易于與傳輸光纖耦合連接，也可以用熔接在一起，熔接后反射損耗小。(1) EDFA工作波長與光纖最小損耗窗口一致恰好落在最佳波長區(qū) (1300~1600nm)。 經(jīng)過EDFA的光譜圖（不考慮噪聲只看信道光譜）由上圖可以看出經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大器的16信道光譜圖波動(dòng)在20dbm與25dbm之間，相對比較平坦。 EDFA增益的優(yōu)化進(jìn)程我們可以用光譜儀（OSA）對經(jīng)過EDFA前后的16個(gè)信道的光信號做檢測分析，從以上結(jié)果分析可以很清楚的得到經(jīng)過OptiSystem的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化后，信號的增益在一個(gè)平坦的曲線上，這可從為經(jīng)過EDFA的光譜圖（）和經(jīng)過EDFA的光譜圖（）的比較看出；優(yōu)化的結(jié)果是十分成功的，這為我們提供了對所要設(shè)計(jì)的元件參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化指明了方向。 MPO中要優(yōu)化的參數(shù)Result：這里要設(shè)定我們希望最后優(yōu)化完成的目標(biāo)，在本例中為16個(gè)信道的增益平坦一致為23dB。對于優(yōu)化設(shè)置的一些說明：Main：優(yōu)化方式為“Gain Flatten”增益平坦方式，所要優(yōu)化達(dá)成的目標(biāo)為“Exact”，優(yōu)化循環(huán)數(shù)為60，有其他參數(shù)限制條件。雖然實(shí)現(xiàn)了放大，但是增益不是十分平坦。 未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置放大后的噪聲由上圖可以看出噪聲的波動(dòng)在65dbm——25dbm之間，波動(dòng)比較強(qiáng)烈對最后結(jié)果影響比較大。 未經(jīng)過EDFA的16信道光譜圖由上圖可以看出未經(jīng)過放大的的光譜是平坦的光譜圖，下面我們來觀察未經(jīng)過參數(shù)設(shè)置直接進(jìn)行放大的光譜圖是什么樣子。 EDFA的放大設(shè)計(jì) 模型設(shè)計(jì)布局圖。噪聲特性：EDFA的輸出光中，除了有信號光外，還有被放大的噪聲。3dB飽和輸出功率是指當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對應(yīng)的輸出功率，該參數(shù)反映了EDFA的最大功率輸出能力，EDFA的飽和輸出特性與泵浦功率大小、摻鉺光纖長短有關(guān)。EDFA的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為15dB~40dB。當(dāng)信號光子通過摻鉺光纖，與Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，這時(shí)通過摻鉺光纖傳輸?shù)男盘柟庾友杆僭龆?，產(chǎn)生信號放大作用；只有少數(shù)處于基態(tài)的Er3+離子對信號光子產(chǎn)生受激吸收效應(yīng)，吸收光子[9]。在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)上，處于激發(fā)態(tài)的Er3+離子又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。光濾波器———帶寬為1 nm以下的窄帶光濾波器，用于消除放大器的自發(fā)輻射光，以降低放大器的噪聲。耦合器——用于將信號光和泵浦光耦合到摻鉺光纖中。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。下圖為摻鉺光纖放大器實(shí)物圖。尤其是EDFA，發(fā)展最為迅速，已實(shí)用化在摻鉺光纖發(fā)展的基礎(chǔ)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(chǔ)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(gè)波分復(fù)用(WDM)帶寬。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(yīng)用受到限制。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(gòu)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。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）。18 星座和極線圖（Constellation and Polar Diagrams）一個(gè)新的OptiSystem中的計(jì)算引擎用于估計(jì)用戶定義區(qū)域和對象的誤碼。四波混頻、布里淵散射模擬、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、和拉曼散射模擬都包含在OptiSystem的光纖模型中。一個(gè)理想的ROF模擬應(yīng)用解決方案。14 雙向AWG（BiDirectional AWG）新特征加強(qiáng)了OptiSystem獨(dú)特的雙向能力，使PONs的AWG的設(shè)計(jì)更加容易。設(shè)計(jì)可以被獨(dú)立地計(jì)算和修改，但是計(jì)算結(jié)果可以在不同設(shè)計(jì)間交叉結(jié)合，允許進(jìn)行比較。12 多設(shè)計(jì)版面（multiple layouts）你可以在同一個(gè)項(xiàng)目文件（project file）中創(chuàng)建多個(gè)設(shè)計(jì)，這使得創(chuàng)建和修改變得快速而高效。11 材料清單（Bill of materials）OptiSystem提供被設(shè)計(jì)、安裝的系統(tǒng)的成本分析表。產(chǎn)生的結(jié)果可以被表示為大小可調(diào)、可以移動(dòng)的電子列表、文本、2D和3D圖形。CIDF主要采用運(yùn)行時(shí)間進(jìn)程表、支持條件、數(shù)據(jù)依賴迭代、和真實(shí)遞歸。9 計(jì)算數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)查看（Stateoftheart calculation dataflow）計(jì)算流程列表通過決定元件模型（根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)流模型）的執(zhí)行系數(shù)來控制模擬。8 強(qiáng)大的腳本語言（Powerful Script language）你可以輸入算數(shù)表達(dá)式作為參數(shù)和創(chuàng)建全局參數(shù)（采用VB Script語言可以在元件和系統(tǒng)中進(jìn)行共享）。OptiSystem表現(xiàn)了在元件和系統(tǒng)上真正的分等級定義。你可以連接任意數(shù)目的觀察器到同一個(gè)端口的監(jiān)視器上。6 數(shù)據(jù)監(jiān)視（Data monitors）你可以選擇元件端口用于保存數(shù)據(jù)，還可以在模擬終端粘貼監(jiān)視器（monitors）。5 先進(jìn)的查看工具（Advanced visualization tools）先進(jìn)的查看工具產(chǎn)生OSA光譜、信號啁啾、眼圖、偏振態(tài)、星形圖等等。OptiSystem采用與模擬精度和效率有關(guān)的適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法計(jì)算信號。2 結(jié)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(xué)：OptiAmplifier，OptiBPM，OptiGrating，和OptiFiber。它結(jié)合來自不同廠商的測試測量設(shè)備。OptiSystem使用戶可以設(shè)計(jì)、測試、和模擬：WNM/TDM 或CATV網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，SONET/SDH環(huán)設(shè)計(jì)，發(fā)射系統(tǒng)、信道、放大器、和接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，色散圖設(shè)計(jì)，評估BER和不同接收模型的系統(tǒng)代價(jià)，放大系統(tǒng)BER和連接開支計(jì)算。 獨(dú)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(shè)計(jì)容差規(guī)格；為潛在客戶真實(shí)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)選項(xiàng)和細(xì)節(jié)；為廣泛的系統(tǒng)特征參數(shù)的設(shè)定提供簡單接口；提供自動(dòng)參數(shù)掃描和優(yōu)化；結(jié)合廣泛應(yīng)用的Optiwave產(chǎn)品。它提供從元件到系統(tǒng)水平在傳輸層光通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)和預(yù)研，同時(shí)呈現(xiàn)可視化的分析及特定結(jié)果。3 光通訊系統(tǒng)和放大器設(shè)計(jì)軟件——OptiSystem在成本效力和生產(chǎn)效率對于成功至關(guān)重要的光通訊工業(yè)里，獲獎(jiǎng)軟件OptiSystem可以在光通訊系統(tǒng)、連接和元件的設(shè)計(jì)中最小化時(shí)間需要和降低成本?！　姐s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(shí)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(jìn)行控制的話，那么，在輸入信道少時(shí)（小輸入光信號）的增益要比輸入信道多時(shí)（大輸入光信號）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范圍。換一個(gè)角度說，傳輸距離相同的情況下，降低中繼長度，增加中繼個(gè)數(shù)，要比增加中繼長度，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）。光信噪比定義：OSNR = Psig / Pase可以看出，可以通過提高每個(gè)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。摻鉺光纖放大器除了放大輸入的光信號之外，還產(chǎn)生ASE噪聲，可以等效成一個(gè)理想的增益為G的放大器，和一個(gè)功率為Pase的噪聲源相疊加?！　。≒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(jī)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(jī)本身的噪聲，提高接收靈敏度），要求噪聲指數(shù)很小，對輸出功率沒有太大的要求[7]。摻鉺光纖放大器在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是補(bǔ)償傳輸中的光纖損耗，根據(jù)放大器在系統(tǒng)中的位置及作用，可以分成以下三種類型：?。╞oosterAmplifier），處于合波器之后，用于對合波以后的多個(gè)波長信號進(jìn)行功率提升，然后再進(jìn)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(shù)、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比較大的輸出功率。在用戶網(wǎng)中，當(dāng)用戶系統(tǒng)距離過長時(shí)需要使用線路放大器；為了提高各支路的光功率分配數(shù)量，也要使用這類放大器。將光纖放大器置于光發(fā)射機(jī)后端，以提高入纖的光功率，使整個(gè)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(gè)分支獲得光信號就相當(dāng)?shù)娜酰荒鼙ＷC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(yuǎn)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(jìn)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。 如果采用飽和功率為18dBm的放大器，可是實(shí)現(xiàn)160—200km無中繼通信。  一個(gè)摻鉺光纖放大器可同時(shí)傳輸若干波長的光信號，即用光波復(fù)用擴(kuò)容時(shí)，不必改變摻鉺光纖放大器線路設(shè)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(shù)字、模擬活二者混合的數(shù)據(jù)格式，特別適合光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)升級。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。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，分述如下： 摻鉺光纖放大器可用作數(shù)字、模擬以及相干光通信