掺铒光纤放大器(EDFA)的研究与应用

浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文-东海科学技术学院毕业论文（设计）题目：系：学生姓名：专业：班级：指导教师：起止日期：年月日浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文I掺铒光纤放大器（EDFA）的研究与应用摘要巨大的技术优势和容量潜力使光纤通信得到了迅猛发展，光放大器作为光通信系统中的关键器件之一，对光纤通信技术产生的影响，堪比电域中的放大器对电子和通信技术的影响，光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，掺铒光纤放大器及相关技术的迅速实用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产业化时代的到来，将在未来“信息高速公路”的建设中发挥重要作用。本文首先介绍了光纤通信情况及EDFA的发展状况和前景，并简要叙述了本文的主要任务，接着介绍了光放大器对光纤通信系统性能的影响及分析，然后介绍各类光放大器，进而深入剖析了EDFA工作机理，最后对EDFA基于软件OptiSystem进行了性能的仿真。本文的重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理的前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性的系统电路图，然后对EDFA电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来研究分析EDFA的特性。关键字：光纤通信；光放大器；EDFA；OptiSystem浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文IIErbium-dopedfiberamplifier(EDFA)ResearchandApplicationAbstractHugetechnologicaladvantageandcapacityofopticalfibercommunicationhasbeenthepotentialtobringrapiddevelopmentofopticalamplifiersforopticalcommunicationsystemsoneofthekeydevicesforopticalfibercommunicationtechnologyimpact,comparabletotheamplifierpowerinthedomainofelectronicandcommunicationtechnologiesinfluence,theadventofopticalamplifiersnotonlysolvedtheattenuationoflighttransmissionlimitofopticalsignals,andinopticalcommunicationleadtoatechnologicalrevolution,itsperformancewilldirectlyaffectthecapacityandqualityofnetworktraffic.Erbium-dopedfiberamplifierisaverylongtimeinfutureopticalfibercommunicationsystemthemostpracticalvaluetooneofpassiveopticaldevices,erbium-dopedfiberamplifiersandrelatedtechnologiesandcommercializationofrapidpracticalmarksforthesupportofafiberamplifierofopticalcommunicationtechnologyindustrycomingofage,willinthefutureinformationhighwaytoplayanimportantroleinthebuilding.ThispaperintroducesthesituationandEDFAopticalfibercommunicationsituationandprospectsofdevelopmentandabriefdescriptionofthemaintasksofthisarticle,andthentotheopticalamplifierontheperformanceofopticalfibercommunicationsystemsandanalysis,andthendescribesvarioustypesofopticalamplifiers,andthenanalyzedindepthEDFAworkingmechanism,andfinallycarriedoutontheEDFAperformancesoftware-basedOptiSystemsimulation.ThispaperwillfocusonfamiliarEDFAopticalzoommechanismandworkingprincipleofthepremise,theuseofOptiSystemEDFAcharacteristicsofthesoftwaresystemstructurediagram,andthenthedataontheEDFAcircuitsimulation,andthenbesimulatedmap,toresearchandanalysisthroughgraphicalcharacteristicsofEDFA.Keywords:opticalfibercommunication；OpticalFiberCommunication；EDFA；Optisystem浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文III目录第1章绪论.......................................................11.1光纤通信概述.................................................11.2EDFA的发展现状及前景........................................11.3本文的主要任务..............................................1第2章光放大器对光纤通信系统性能影响的分析.......................22.1光纤通信系统.................................................22.1.1光纤通信系统的分类.....................................22.1.2光纤通信系统的主要优点.................................22.2IM-DD系统的工作原理.........................................32.3光放大器对中继距离的影响分析.................................6第3章光放大器...................................................63.1光放大器....................................................63.1.1光放大器的意义.........................................73.1.2光放大器的分类.........................................73.2半导体光放大器..............................................73.3光纤放大器..................................................83.3.1掺稀土光纤放大器.......................................83.3.2非线性光纤放大器.......................................83.4EDFA的优势..................................................9第4章EDFA的理论基础及应用研究.................................104.1EDFA光放大机理.............................................104.2EDFA的工作原理.............................................114.3EDFA结构和泵浦方式.........................................124.4EDFA的主要应用.............................................134.5EDFA的工作特性分析.........................................144.5.1EDFA的主要工作特性参数...............................14浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文IV4.5.2EDFA性能的定性分析...................................16第5章基于OptiSystem的EDFA仿真..................................185.1OptiSystem介绍.............................................185.2在掺铒光纤放大器上的瑞利散射效应研究.......................185.3掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的优化研究..............24小结...............................................................26致谢...............................................................27参考资料...........................................................28浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文1第1章绪论1.1光纤通信概述光纤通信是以光纤为传输介质的一种通信方式。它是利用半导体激光器（laserdiode，LD）或发光二极管（LED）作为光源，把电信号转换成光信号并将其耦合进光纤忠进行传输；在接收端使用光检测器，如光电二极管（PIN）或雪崩光电二极管（ADP）等，将光信号再还原成电信号的一种通信方式。光纤通信作为现代通信的主要传输手段，在现代通信网中起着重要作用。自20世纪70年代初光纤通信问世以来，整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率，大容器的通信成为可能。1.2EDFA的发展现状及前景EDFA的研究始于60年代早期，E.Snitzer发现掺铒玻璃对1.50微米波长的激光有放大作用，提出了掺杂光纤放大器的设想，但由于当时未能解决热淬灭效应问题，而且随后出现了半导体光放大器，使得掺铒光纤放大器的研究停滞不前。直到80年代中期，南安普敦大学的研究人员通过改进的化学气相沉积法（MCVD）成功研制出了掺铒光纤，并在之后制作出了利用650nm波长50mW的红染料激光器为泵浦的EDFA具有25dB的小信号增益；几乎同时贝尔实验室的研究人员也制出了不同波长泵浦源的EDFA，获得了约22dB的小信号增益，对该EDFA的测试结果表明，其多信道放大时不存在串扰现象、增益与偏振无关，用于实际传输系统时具有极小的误码率。1988年1480nm的大功率半导体激光器的研制成功，解决了之前泵浦设备过于庞大不适于应用的问题。1989年日本的NTT公司首先使用1480nm的半导体激光器作为泵浦源获得