掺铒光纤放大器的原理与应用毕业论文

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1、无锡科技职业学院毕业设计（论文）掺铒光纤放大器的原理与应用毕业设计（论文）报告题 目 掺铒光纤放大器的原理与应用 系 别 尚德光伏学院 专 业应用电子技术（光电子技术方向） 班 级 0903 学生姓名 刘钰华 学 号 090264 指导教师 2012年 4 月iii 无锡科技职业学院毕业设计（论文）掺铒光纤放大器的原理与应用掺铒光纤放大器的原理与应用摘要: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（简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大

2、的一种新型全光放大器。本论文介绍了掺铒光纤放大器(简写EDFA)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。重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。关键字：光纤、光纤通信、掺铒光纤放大器 、应运 Principles and applications of the erbium-doped fiber amplifierAbstract：Optical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves c

3、arry information in order to achieve the purpose of communication. Large capacity optical fiber communication with the communication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important component of the system.

4、 Fiber amplifier is used in optical fiber communication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.This paper describes the erbium-doped fiber amplifier theories. First, erbium-doped fiber amplifier general introduction to the history and types of optical amplifiers

5、and erbium-doped fiber amplifier operating principle was introduced. Focus on the erbium-doped fiber amplifier in a modern optical fiber communication system should be shipped.Keywords: Fiber 、Optical Fiber Communication 、Erbium-doped fiber 、amplifier Should be shipped目 录前 言1第一章 绪论2 1.1 光纤通信系统中放大技术3

6、 1.1.1光纤放大器的分类3 1.1.2 半导体光放大器 4 1.1.3 光纤放大器6 1.2 掺铒光纤放大器的发展历史6 1.3 EDFA 的发展方向8第二章 掺铒光纤放大器的工作原理及性能参数10 2.1掺铒光纤放大器的介绍10 2.1.1 EDFA放大器的组成10 2.1.2 EDFA的放大原理11 2.1.3 EDFA的基本性能12 2.2 EDFA的优缺点12 2.3 EDFA的主要应用形式.14 2.4 EDFA的增益特性15第三章 EDFA在密集波分复用系统中应用与研究18 3.1 波分复用（WDM）的基本概念18 3.1.1 波分复用系统的组成18 3.1.2 EDFA在WD

7、M系统中的应用19 3.1.3 WDM系统对EDFA的要求19 3.1.4 密集波分复用（DWDM）原理概述21 3.2 EDFA在密集波分复用（DWDM）系统中应用的分析22 3.2.1 EDFA在DWDM系统中的作用和应用方式22 3.2.2 DWDM中对EDFA的主要性能要求24第四章 总结 27致谢28参考文献无锡科技职业学院毕业设计（论文）掺铒光纤放大器的原理与应用前 言 人类传播信息方式是多种多样的。用光来传递信息也是很早之前就有的。远在周代我国就有了烽火传递信息的方法，烽火作为一种原始的声光通信手段，服务于古代军事战争。从边境到国都以及边防线上，每隔一定距离就筑起一座烽火台。内储

8、柴草，当敌人入侵时，便一个接一个地点燃起烽火报警，各路诸侯见到烽火，马上派兵相助,抵抗敌人。 现如今用光纤来传递信息已成为非常重要的信息传递方式。在光纤通信系统中光放大又是一个非常重要的环节。光放大器是可将微弱的光信号直接进行光放大的器件。它的出现使光纤通信技术产生了质的飞跃；它使光波分复用技术，光孤子通信技术迅速成熟并得于商用，同时他为未来的全光通信网奠定了扎实的基础，成为现代和未来光纤通信系统中不可少的重要器件。 近年来，包括有线电视在内的光纤通信系统，由于光纤干线的普及，由于光纤干线的普及为了，适应通信容量的扩大和远距离传输网络高功能化的需要，波分复用（WDM）技术有了新的发展。但在WD

9、M系统中，最有力的关键技术，就是光纤放大器的实用化。众所周知，在光纤线路中，最有影响的指标一是色散，另是衰减损耗。关于色散问题将另外探讨。衰减是指光信号在光纤内传输过程中，产生的光功率损耗而言。衰减量是将每1km产生的损耗,用dB表示之值，0.2dBkm,3dB。例如单模光纤约为0.2dBkm，大约传输15km时损耗达 3dB。为了实现远距离的光信号传系统中，首先在 CATV 系统中，应用光纤放大器的是工作在光损耗最小的1.5m 波域的掺铒光纤放大器（EDFA）,但在通信系统中，由于早期铺设的光纤条件的限制，利用 1 条光纤传 的高速信号比较复杂，但如利用 2.5Gbps4 的四波 WDM 传

10、输，则很容易实现。因此,从 90 年代后期起 WDM的发展，也推动了 EDFA 的进步。目前，1.5m的EDFA 波域，除了早期的 15301560nmEDFA 之外， 还出现了拓宽波域的增益位移（GS） 型 EDFA （15701600nm）。另外，在CATV系统中应用最多的 1.3m 波长的单模光纤（SMF）系统中，由于波长色散甚小即使不作色散补偿，也能传输高至 10Gbps 的优点，一直受到业界的重视。但由于1.3m的SMF传输损耗较大（一般为0.30dBkm）。所以只适用于近、中距离传 的远距离传输。今后，随着1.3m的远距离传输需要增加，新问世的 1.3m 波域的掺谱光纤放大器(EP

11、FA）也成了业界关心的热点。近年，由于因特网的爆发式增长，为了有效的利用光普波长资源，在开发太比秒级（1Tbp）的高速信号中，高密度波分复用（DWDM）又称密集波分复用技术的发展，也促进了1.4m 波域的利用。为此目的研制的掺铥光纤放大器(TDFA)的实用化也是业界关心的产品。还有，应用光纤拉曼现象的拉曼光纤放大器，随着WDM技术的应用，又重新抬头，在实现超宽波域达100nm放大方面颇具特点。本文拟就掺铒光纤放大器（EDFA）的原理及应用发展动向作一综述。 第一章 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

12、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

13、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

14、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基础。 光放大器主要有两类：光纤光放大器和半导体光放大器。光纤放大器又分为 两种，即掺稀土元素的光纤放大器和利用常规光纤的非线性效应（如受激拉曼散 射，受激希里渊散射等）的光放大器。半导体光放大器主要是行波半导体激光放大器。1.1.2 半导体光放大器 1 半导体光放大器的结构：半导体光放大器是一种把发光器件一一半导体激光器结构作为放大装置使用的器件, 因为具有能带结构, 所以其增益带宽比采用光纤放大器的宽。另外, 通过改变所使用的半导体材料的组成可以使波长使用范围超过100nm, 这是半导体光放大器的一个突出特点。半导体光放大器由有源区和无源区构成,有源区为增益区,