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光纤通信系统光放大器设计学士学位论文.doc
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光纤通信系统光放大器设计学士学位论文.doc
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摘 要
光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信具有通
信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。因而得到了普遍的应运,其中光放
大器是光纤系统中的重要组成部分。光纤放大器是指运用于光纤通信线路中,实现信号
放大的一种新型全光放大器。
本论文介绍了掺铒光纤放大器的相关理论。首先对光纤放大器的种类进行大致的简
介,其次阐述了掺铒光纤放大器的历史和发展,以及对掺铒光纤放大器工作原理进行了
介绍又介绍了仿真软件 Optisystem 的使用及功能。重点关注了掺铒光纤放大器的放大过
程以及对掺饵光纤放大器各信道增益不平坦问题进行了初步研究并分析。
关键字:Optisystem;光纤通信;掺铒光纤放大器
Abstract
Optical fiber communication uses optical fiber to transmit information in order to
achieve the purpose of communication. Optical fiber communication owns some advantages
such as, the communication 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 communication lines to
achieve a novel all-optical.
This paper introduces a theory of erbium doped fiber amplifier. First, it is introduce the
kinds of fiber amplifier. Secondly describes the history and development of erbium doped
fiber amplifier, as well as working principle of the erbium-doped fiber amplifier.The
functions and the use of simulation software Optisystem are also introduced in this paper. It
focuses on the amplification process of erbium doped fiber amplifier and studies and analyzes
the problem that the channel gain erbium-doped fiber amplifier is not flat.
Keywords: Optisystem;Optical fiber communication; Erbium-doped fiber amplifier
目 录
1 绪论.......................................................................................................................................1
1.1 光纤通信系统中放大技术.........................................................................................1
1.1.1 光纤放大器的分类...........................................................................................1
1.1.2 半导体光放大器...............................................................................................2
1.1.3 光纤放大器.......................................................................................................4
1.2 掺铒光纤放大器的发展历史.....................................................................................4
1.3 EDFA 的发展方向 .....................................................................................................5
2 EDFA 在密集波分复用系统中应用 ...................................................................................7
2.1 波分复用(WDM)的基本概念 ..............................................................................7
2.1.1 波分复用系统的组成.......................................................................................7
2.1.2 EDFA 在 WDM 系统中的应用.......................................................................8
2.1.3 WDM 系统对 EDFA 的要求...........................................................................8
2.1.4 密集波分复用(DWDM)原理概述 ...........................................................10
2.2 EDFA 在密集波分复用(DWDM)系统中应用的分析......................................11
2.2.1 EDFA 在 DWDM 系统中的作用和应用方式..............................................11
2.2.2 DWDM 中对 EDFA 的主要性能要求..........................................................13
3 光通讯系统和放大器设计软件——OptiSystem..............................................................15
3.1 独特优势...................................................................................................................15
3.2 应用领域...................................................................................................................15
3.3 功能说明...................................................................................................................16
4 掺铒光纤放大器的工作原理及放大分析.........................................................................19
4.1 掺铒光纤放大器的介绍.............................................................................................19
4.1.1 EDFA 的放大原理 .........................................................................................20
4.1.2 EDFA 的基本性能 .........................................................................................21
4.2 EDFA 的放大设计 ...................................................................................................21
4.2.1 模型设计布局图.............................................................................................21
4.2.2 研究分析.........................................................................................................22
4.3 EDFA 的优缺点 .......................................................................................................31
4.4 EDFA 的主要应用形式 ...........................................................................................33
4.5 EDFA 的增益特性 ...................................................................................................33
结 论.........................................................................................................................................36
致 谢.........................................................................................................................................37
参考文献...................................................................................................................................38
附 录.........................................................................................................................................39
附录 A 英文原文..........................................................................................................39
附录 B 中文翻译..........................................................................................................48
理工大学学士学位论文
1
1 绪论
1.1 光纤通信系统中放大技术
1.1.1 光纤放大器的分类
光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果,它大大
地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义,光放大器就是放大
光信号。在此之前,传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换,即 O/E/O 变换。
有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有 3 种:光纤放大器、拉曼放
大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作
为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的。掺铒光纤放大器的增益带较宽,
覆盖 S、C、L 频带,掺铥光纤放大器的增益带是 S 波段;掺镨光纤放大器的增益带在
1310nm 附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器,即大功率的
激光注入光纤后,会发生非线性效应喇曼散射。在不断发生散射的过程中,把能量转交
给信号光,从而使信号光得到放大。由此不难理解,喇曼放大是一个分布式的放大过程,
即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的,几乎不受限制。这种光放大器
已开始商品化了,不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器,工作
原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些,制造难度较
大。这种光放大器虽然已实用了,但产量很小。
迄今为止的光纤通信系统,为了拓长通信距离都需在通信线路中设置一定数量的中
继器,以便使衰减的光信号强度得到补充。而中继器无一例外都是采用光 —电—光的
转换方式。中继器的这种工作模式带来了不少问题,如使得成本高,系统复杂,可靠性
降低等。于是,人们设想,是否用光放大器直接进行光信号放大,以实现全光通信。经
过多年的不懈努力,各种各样的光放大器终于问世了。在光通信技术的发展进程中,不
断取得新的突破,其中尤以光放大器,特别是掺铒光纤放大器(EDFA)的发明最为激
动人心。它使光通信技术产生了革命性的变化:用相对简单价廉的光放大器,代替长距
离光纤通信系统中传统使用的复杂昂贵的光—电—光混合式中继器,从而可实现比特率
及调制格式的透明传输, 升级换代也变得十分容易, 尤其是性能十分优秀的 EDFA
与 WDM 技术的珠联璧合,奠定了高速大容量 WDM 光通信系统与网络大规模应用的
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