【正文】 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、理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 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。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 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。 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。當(dāng)線路的多波長信號恢復(fù)時，飽和波長的輸出功率會相應(yīng)減少，這種方法直接控制飽和波長激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。在發(fā)送端，除了傳輸信號的工作波長外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個波長作為飽和波長。 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)測電路通過監(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長某些信號丟失時，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持 (輸出／輸入 )增益不變，從而使理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 EDFA 的總輸出功率減少，保持輸出信號電平的穩(wěn)定。 （ 3） EDFA 增益特性的優(yōu)化技術(shù) 。本征型是在 EDFA 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)。可分為濾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 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）。隨城域網(wǎng)建設(shè)的興起，光放大器在低價領(lǐng)域必有一番作為 [3]。 FRA： 寬帶、低噪聲、抑制非線性、提高傳輸距離，進行色散補償?shù)?，必將成為下一代光放大器的主流?EDFA 是目前及未來一段時間放大器的主要選擇，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng) /接入網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。 模塊是集成化的摻鉺光纖放大器 ， 如圖 。增益平坦型光纖放大器是 DWDM 傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，可以十分有效地解決由于光波分復(fù)用 /解復(fù)用帶來的插入損耗，使 WDM 系統(tǒng)的中繼問題變得十分簡單。在工程實踐中已采用過這兩種成功的方法。 光纖放大器作為整個系統(tǒng)的一個功能模塊，納入網(wǎng)管系統(tǒng)的方法一般有兩種：其一是通過光纖放大器的 232C 接口電路將光纖放大器的性能參數(shù)和 告警信息傳輸給網(wǎng)管系統(tǒng)，進行統(tǒng)一管理，顯示和處置。 從遠離前端處將光纖干線分支時，可在分支前面接入摻鉺光纖放大器，作為線路放理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 大器，以補償 分支損耗。功率放大器是在 CATV 系統(tǒng)的前端將發(fā)射機的輸出光放大后再進行分配，以供各方向的光纖干線傳輸用。前期的工作是研究光纖激光器和研究摻稀土元素光纖，后來發(fā)現(xiàn)了在光纖中摻鉺元素能夠?qū)崿F(xiàn)放大的作用，其工作波長對應(yīng)于光纖的 傳輸波長，人們用摻鉺光纖制作成功摻鉺光纖放大器。 摻鉺光纖放大器的發(fā)展歷史 摻鉺光纖放大器 (Erbium Doped Fiber Amplifier ，縮寫為 EDFA)是 90年代開始在光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用的新型器件，它的推廣應(yīng)用為光纖通信技術(shù)帶來了一場革命。 光纖放大器一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 光纖放大器 光纖放大器不但可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、低損耗的全光放大功能，是新一代 光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件；由于這項技術(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用（ WDM）、密集波分復(fù)用（ DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實，是光纖通信發(fā)展史上的一個劃時代的里程碑。 于是導(dǎo)帶底和 Epn之間的每個態(tài)都被添滿 ， 而價帶頂和之間的所有態(tài)都是空的 ， 從而實現(xiàn)光放大 。 如果泵浦源的強度越來越大 ， 電子將會趨向于累積在導(dǎo)帶的底部 ， 空穴趨 向于累積在價帶的頂部 ， 直到電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達到動態(tài)平衡為止 。如果半導(dǎo)體未受光泵浦激勵 ， 則半導(dǎo)體將吸收光子 ， 其實半導(dǎo)體的兩個能帶所扮演的角色類似于 EDFA 中的能帶 E1 和 E2 所起的作用 ， 只是它的能帶比 EDFA 的能帶更寬。這兩個過程類似于摻餌光纖放大器 (EDFA)中的自發(fā)輻射和受激輻射過程。半導(dǎo)體的輻射躍遷包括自發(fā)躍遷和受激躍遷兩個過程。 半導(dǎo)體在外界激發(fā)下 ， 可將價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中 ， 同時在價帶中留下空穴 ， 所產(chǎn)生的電子和空穴分別躍遷到導(dǎo)帶底和價帶頂 ， 這一過程只與晶格交換能量而不產(chǎn)生光發(fā)射 ， 稱為無輻射躍遷 ， 與此同時 ， 導(dǎo)帶底的電子還要躍遷到價帶頂與空穴復(fù)合 ， 并同時發(fā)射光子 ， 二者形成動態(tài)平衡 ， 與熱平衡狀態(tài)下的情況不同 ， 這時的電子和空穴為非平衡載流子 ， 載流子的分布不再是費米統(tǒng)計分布。電致發(fā)光是指用電學(xué)方法將非平衡載流子直接注人到半導(dǎo)體中而產(chǎn)生發(fā)光 ， 這常借助于 PN 結(jié)來完成。半導(dǎo)體的發(fā)光可根據(jù)激發(fā)方式的不同分為光致理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 發(fā)光、電致發(fā)光和陰極發(fā)光等。 半導(dǎo)體光放大器 的原理 半導(dǎo)體光放大器的原理與摻稀土光纖放大器相似但也有不同 ， 其放大特性主要取決于有源層的介質(zhì)特性和激光腔的特性。采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量子阱光放大器基本結(jié)構(gòu)圖。為了消除這種偏振波依賴性 ， 可以引人運用窄條結(jié)構(gòu)使激活波導(dǎo)光路近似正方形斷面形狀的方法和施加抗張應(yīng)力 ， 以增大 TM 波增益的應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。去除端面反射影響的另一種方法 ， 也可以采用使端面傾斜的方法和窗結(jié)構(gòu)。以平面波人射單層介質(zhì)層時 ， 抗反射膜的條件相對于厚度為 1/4 波長。 半導(dǎo)體光放大器由有源區(qū)和無源區(qū)構(gòu)成 ， 有源區(qū)為增益區(qū) ， 使用 Inp 這樣的半導(dǎo)體材料制作 ， 與半導(dǎo)體激光器的主要不同之處是 SOA 帶抗反射涂層 ， 以防止放大器端面的反射 ， 排除共振器功效。 半導(dǎo)體 光放大器 半導(dǎo)體光放大器的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體光放大器是一種把發(fā)光器件一一半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)作為放大裝置使用的器件 ， 因為具有能帶結(jié)構(gòu) ， 所以其增益帶寬比采用光纖放大器的寬。光纖放大器又分為兩種，即摻稀土元素的光纖放大器和利用常規(guī)光纖的非線性效應(yīng)（如受激拉曼散射，受激希里淵散射等）的光放大器 [1]。它使光通信技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化：用 相對簡單價廉的光放大器，代替長距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復(fù)雜昂貴的光 —電 —光混合式中繼器，從而可實現(xiàn)比特率及調(diào)制格式的透明傳輸， 升級換代也變得十分容易， 尤其是性能十分優(yōu)秀的 EDFA 與 WDM 技術(shù)的珠聯(lián)璧合，奠定了高速大容量 WDM 光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用的基理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 礎(chǔ)。經(jīng)過多年的不懈努力，各種各樣的光放大器終于問世了。中繼器的這種工作模式帶來了不少問題，如使得成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低等。 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)，為了拓長通信距離都需在通信線路中設(shè)置一定數(shù)量的中繼器，以便使衰減的光信號強度得到補充。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。半導(dǎo)體光放大器 (S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋 S、 C、 L 頻帶 ， 摻銩光纖放大器的增益帶是 S 波段 ； 摻鐠光纖放 大器的增益帶在1310nm 附近。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子 (如鉺、鐠、銩等 )作為激光活性物質(zhì)。有了光放大器后就可直接實現(xiàn)光信號放大。顧名思義，光放大器就是放大光信號。Optical fibe