發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 22:10

【摘要】：隨著信息時(shí)代的發(fā)展,信息交互變得越來(lái)越重要,傳統(tǒng)的電通信方式早已脫離時(shí)代主流,取而代之的是傳輸速率更快、傳輸誤碼率也更低的光纖傳輸方式。在通信市場(chǎng)中獨(dú)樹(shù)一幟的光纖通信成為當(dāng)前最火熱的傳輸方式,但隨著光纖通信的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)信號(hào)隨傳輸距離的增加出現(xiàn)信號(hào)逐漸衰減的情況,甚至?xí)霈F(xiàn)信號(hào)截止失真的情況,所以在傳輸過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大顯得迫在眉睫。人們相繼研究出不同類型的光放大器,最早出現(xiàn)的放大器是通過(guò)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行放大,光電轉(zhuǎn)換本身就存在轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題,不可能達(dá)到百分之百的轉(zhuǎn)化,這在無(wú)形之中也給通信成本造成巨大壓力。全光放大器順應(yīng)時(shí)代需求應(yīng)運(yùn)而生,它是通過(guò)光學(xué)器件組合直接對(duì)光進(jìn)行放大。其中摻鉺光纖放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier,EDFA)作為主流的光放大器之一也是目前被學(xué)者們研究最多的對(duì)象。在光纖中摻雜鉺離子,利用光纖中的受激鉺離子對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大以補(bǔ)償在傳輸過(guò)程中的各種損耗。但隨著密集波分復(fù)用系統(tǒng)的普及,要求在光纖內(nèi)傳播的所有波長(zhǎng)的信號(hào)光經(jīng)過(guò)放大器后具有相同的增益倍數(shù)。由于不同波長(zhǎng)的光放大倍數(shù)不等造成增益譜的上下波動(dòng)即EDFA系統(tǒng)的不平坦性。則在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)單個(gè)放大器并不能完全解決損耗問(wèn)題,當(dāng)信號(hào)光經(jīng)過(guò)一段距離后必須再次放大,如果每次放大后增益譜都會(huì)出現(xiàn)類似波動(dòng),這會(huì)進(jìn)一步加重最終輸出光譜的不穩(wěn)定性,在不同波長(zhǎng)處的增益差值疊加會(huì)造成各信道之間的功率不同,會(huì)導(dǎo)致增益譜波峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)信道發(fā)生功率飽和引發(fā)非線性效應(yīng)。導(dǎo)致在增益譜波谷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)信道可能會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象從而增加傳輸過(guò)程中的誤碼率。為解決該情況,增益均衡問(wèn)題就亟待得到解決。本論文主要的研究方向就是降低EDFA系統(tǒng)不平坦度的同時(shí)減少增益損耗、不引入額外的噪聲且盡可能降低實(shí)驗(yàn)成本。論文工作主要從以下幾個(gè)部分進(jìn)行展開(kāi):首先在宏觀結(jié)構(gòu)分析EDFA系統(tǒng)各組成部分和設(shè)計(jì)要求,在微觀結(jié)構(gòu)分析摻鉺光纖放大器的工作原理并討論性能特性指標(biāo)。其次,利用OptiSystem仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn),仿真信號(hào)源、泵浦源、摻鉺光纖長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)因素對(duì)摻鉺光纖放大器的影響,通過(guò)分析仿真結(jié)果確定最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在前人的工作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了增益平坦思路,將傳統(tǒng)單級(jí)放大光路升級(jí)為單泵浦雙極放大光路,并基于薄膜濾波器進(jìn)一步降低平坦度。最終將研究和設(shè)計(jì)得到的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和增益平坦優(yōu)化思路融合為實(shí)際光路并進(jìn)行測(cè)試,所得增益平坦度降為±dB32.0,證實(shí)本論文所設(shè)計(jì)的摻鉺光纖放大器符合設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN722
【圖文】：

第 1 章 緒論纖放大器種類的光-電-光放大方式的放大器造價(jià)昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了解決問(wèn)題全光放大器應(yīng)運(yùn)而生。其主要分為：一類是通過(guò)摻雜稀土體元素制作而成的光纖放大器，主要利用摻雜元素的受激輻射，在吸收泵浦能量之后會(huì)發(fā)生躍遷形成上下能級(jí)之間的粒子能級(jí)的摻雜元素碰撞后產(chǎn)生大量光子從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大[7]。鉺、鐿、銩、鐠等元素，當(dāng)在光纖中摻雜不同稀土元素后，可進(jìn)行放大[8]。如圖 1.1 所示是目前市場(chǎng)上的摻鉺光纖放大器，器供實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，也可以做成光模塊更方便組成其它更復(fù)雜

體元素制作而成的光纖放大器，主要利用摻雜元素的受激輻，在吸收泵浦能量之后會(huì)發(fā)生躍遷形成上下能級(jí)之間的粒子能級(jí)的摻雜元素碰撞后產(chǎn)生大量光子從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大[7]鉺、鐿、銩、鐠等元素，當(dāng)在光纖中摻雜不同稀土元素后，進(jìn)行放大[8]。如圖 1.1 所示是目前市場(chǎng)上的摻鉺光纖放大器器供實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，也可以做成光模塊更方便組成其它更復(fù)圖 1.1 機(jī)架式 EDFA

圖 1.3 高功率臺(tái)式 EDFA 圖 1.4 瀚宇公司臺(tái)式 EDFA在進(jìn)入 21 世紀(jì)后，光纖放大器仍處于研究和發(fā)展之中，目前的研究思路主要有兩個(gè)：一個(gè)是根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的特性設(shè)計(jì)體積小、成本低并且某些特定功能的新產(chǎn)品。另一方面是采用先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)進(jìn)一步降低噪聲和提高增益以提升產(chǎn)品的性能[18]。本論文將對(duì)兩個(gè)方向綜合考量研究，通過(guò)對(duì) EDFA 系統(tǒng)的分析，優(yōu)化各系統(tǒng)參數(shù)，致力于開(kāi)發(fā)一款體積小、價(jià)格低、噪聲低同時(shí)平坦度好的 EDFA。

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本文編號(hào)：2799912