【正文】 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)出波長不同而精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號，經(jīng)過光波長復(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彌補(bǔ)合波器引起的功率損失和提高光信號的發(fā)送功率），再將放大后的多路光信號送入光纖傳輸，中間可以根據(jù)情況決定有或沒有光線路放大器，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，以便延長傳輸距離）放大以后，送入光波長分波器分解出原來的各路光信號[6]。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)波長間隔為納米級的復(fù)用，甚至可以實(shí)現(xiàn)波長間隔為零點(diǎn)幾個(gè)納米級的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴(yán)格而已，因此把波長間隔較小的8個(gè)波、16個(gè)波、32乃至更多個(gè)波長的復(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，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。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)，以防止對系統(tǒng)造成損[5]。因此，對于含有光放大器的WDM系統(tǒng)，安全特別重要。 （4）安全要求。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(shí)，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補(bǔ)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。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。其最大優(yōu)點(diǎn)是無需制作和引入附加元件。濾波器型是在EDFA中內(nèi)插無源濾波器將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，輸出功率會減小。（2）光纖技術(shù)所謂光纖技術(shù)是指通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變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)百微米?，F(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。（1）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特性相反的增益均衡器來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，即不同波長所得到的增益不同。 WDM系統(tǒng)對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)，最大增益波長點(diǎn)的增益與最小增益波長點(diǎn)的增益之差。 EDFA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)換過程，直接放大光信號，以補(bǔ)償傳輸線路損耗，延長中繼距離。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，一般工作于小信號或線性狀態(tài)，信號輸入功率約40dBm。但必須在EDFA之前下光路，而在EDFA之后上光路[4]。ITUT 建議優(yōu)選采用1510nm波長，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)不同波長信號分類開來。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，在同一光纖中波長的密度會變得很高。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)不同波長的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。所謂頻分、時(shí)分、波分和空分復(fù)用，是指按頻率、時(shí)間、波長和空間來進(jìn)行分割的光通信系統(tǒng)。2 EDFA在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用 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。城域網(wǎng)/接入網(wǎng)中光放大器目前具有競爭力的技術(shù)為Mini EDFA、EDWA 和 SOA 技術(shù)，這種低價(jià)放大器正在標(biāo)準(zhǔn)化。但EDFA級聯(lián)噪聲大以及帶寬受限，它與DRA混合使用，在長距離、大容量傳輸中是當(dāng)前的一種優(yōu)秀方案?！?EDFA內(nèi)部方塊圖 EDFA 的發(fā)展方向EDFA 的發(fā)展方向 EDFA 從C波段( conventional band )1530～1560nm(常規(guī)的 EDFA)向L波段(long wavelength band)1570～1605nm發(fā)展，可采用摻鉺氟化物光纖放大器 (EDFFA)，帶寬可達(dá)75nm；采用碲化物EDFA，帶寬可達(dá)76nm；采用增益位移摻鉺光纖放大器(GSEDFA)，通過控制摻鉺光纖的鉺粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度，可在1570～1600nm 波段實(shí)現(xiàn)放大，它與普通的EDFA 組合，可得到帶寬約80nm的寬帶放大器；采用覆蓋 C波段和L波段的超寬帶光放大器(UWOA)，可用帶寬80nm，能在單根光纖上放大100多路波長信道；采用常規(guī)EDFA和擴(kuò)帶光纖放大器(EBFA)組成的基于摻鉺光纖的雙帶光纖放大器(DBFA)，工作波長為1528～1610nm；將局部平坦的EDFA與光纖拉曼放大器串聯(lián)使用，可獲得帶寬高于100nm的超寬帶增益平坦放大器；EDFA 應(yīng)具有動態(tài)增益平坦特性的小型化、集成化方向發(fā)展。由于EDFA具有40nm的工作帶寬，它可以同時(shí)放大多個(gè)波長不同的光信號，因此它可以十分方便地應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中，補(bǔ)償各種光衰耗。何謂DWDM用增益平坦摻鉺光纖放大器？它的應(yīng)用狀況如何？采用在1550nm窗口附近的密集型WDM技術(shù)是擴(kuò)大現(xiàn)有光纖通信能力的最有效的方法。其二是由光纖放大器的開關(guān)量信息接口向網(wǎng)管系統(tǒng)送開關(guān)量信息進(jìn)行管理顯示。在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)管理中如何實(shí)現(xiàn)對摻鉺光纖放大器的監(jiān)控。功率放大器與功率分配器也可考慮做成兩段重復(fù)使用[2]。何謂CATV用摻鉺光纖放大器它的應(yīng)用狀況如何？在近幾年來，光纖CATV系統(tǒng)特別是1500nm光纖CATV系統(tǒng)包括模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)在我們國家迅速發(fā)展，摻鉺光纖放大器在光纖CATV系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。 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。 光纖放大器 光纖放大器不但可對光信號進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、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(xiàng)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(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個(gè)劃時(shí)代的里程碑。于是導(dǎo)帶底和Epn之間的每個(gè)態(tài)都被添滿，而價(jià)帶頂和之間的所有態(tài)都是空的，從而實(shí)現(xiàn)光放大。如果泵浦源的強(qiáng)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(jià)帶的頂部，直到電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)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(shí)半導(dǎo)體的兩個(gè)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(gè)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(gè)過程。 半導(dǎo)體在外界激發(fā)下，可將價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，同時(shí)在價(jià)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(jià)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(shí)，導(dǎo)帶底的電子還要躍遷到價(jià)帶頂與空穴復(fù)合，并同時(shí)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(shí)的電子和空穴為非平衡載流子，載流子的分布不再是費(fèi)米統(tǒng)計(jì)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(yùn)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(shí)，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?yàn)榫哂心軒ЫY(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(jià)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(shí)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(qiáng)度得到補(bǔ)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(shí)現(xiàn)光信號放大。顧名思義，光放大器就是放大光信號。Optical fiber munication。重點(diǎn)關(guān)注了摻鉺光纖放大器的放大過程以及對摻餌光纖放大器各信道增益不平坦問題進(jìn)行了初步研究并分析。本論文介紹了摻鉺光纖放大器的相關(guān)理論。因而得到了普遍的應(yīng)運(yùn)，其中光放大器是光纖系統(tǒng)中的重要組成部分。摘 要光纖通信就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。光纖通信具有通信容量大、傳輸速率高、使用壽命長，等諸多特點(diǎn)。光纖放大器是指運(yùn)用于光纖通信線路中，實(shí)現(xiàn)信號放大的一種新型全光放大器。首先對光纖放大器的種類進(jìn)行大致的簡介，其次闡述了摻鉺光纖放大器的歷史和發(fā)展，以及對摻鉺光纖放大器工作原理進(jìn)行了介紹又介紹了仿真軟件Optisystem的使用及功能。關(guān)鍵字：Optisystem；光纖通信；摻鉺光纖放大器AbstractOptical fiber munication uses optical fiber to transmit information in order to achieve the purpose of munication. Optical fiber munication owns some advantages such as, the munication capacity, high transmission rate, long service life and so on. So it is widely used in optical amplifier and it is an important part of optical fiber systems. Fiber amplifier is a kind of signal amplifier, which is used in optical fiber munication lines to achieve a novel alloptical.This paper introduces a theory of erbium doped fib