EDFA+WDM系统研究.docx

班 级： 通信13-2班姓 名：闫振宇学 号：1306030222成 绩：EDFA放大器+WDM系统设计前言光纤通信是用光为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种传输方式。它首先要在发射端将需要传送的电话，电报，图像和数据等信号进行光电转换，即将电信号变成光信号，再经光纤传输到接收端，接收端将接收到的光信号转变成电信号，最后还原成原信号。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（WDM）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光纤网络高功能化的需要，波分复用（WDM）技术有了新的发展。但在WDM系统中，最有力的关键技术，就是光纤放大器的实用化。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?2.5Gbps×4?的四波?WDM?传输，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。1. 光纤通信系统光纤通信系统可分为三个基本单元：光发射机，光纤和光接收机。构成示意图如图1-1所示。图1-1 光纤通信系统构成示意图光发射机有将带有信息的电信号转换成光信号的转换装置和将光信号送入光纤的传输装置组成。光源是其核心器件，有半导体发光二极管LED过着激光二极管LD构成；光纤在实用系统中一般以光缆的形式存在；光接收机由光检测器，放大电路和信号恢复电路组成。光发射机和光接收机也称为光端机。在光纤通信系统中还包括大量的有源，无源器件，连接器起着各种设备与光纤之间的连接作用，光耦合器用于需要传输的光分路或合路的场合，光放大器起着对光波放大的作用，用于弥补光信号传输一定距离后，因光纤衰减产生的光功率减弱。2. 掺杂光纤放大器2.1 放大器光放大器是可将微弱光信号直接进行光放大的器件。光信号沿光纤传输一定距离后，会因为光纤的衰减特性而减弱，从而使传输距离受到限制。光纤通信早起使用的是光——电——光再生中继器，需要进行光电转换，电放大，再定时脉冲整形及电光转换。在光纤网络中，当有许多光发送器以不同比特率和不同格式将光发送到许多接收器时，无法使用传统的中继器，因此产生了对光放大器的需要。与传统的中继器比较起来，它具有两个明显的优势：它可以对任何比特率和格式的信号都加以放大，即光放大器对任何比特率和格式的信号格式都是透明的；它不只是对单个信号波长，而是在一定的波长范围内对若干个信号都可以放大。2.2 放大器的工作原理光放大器是基于受激辐射机理来实现入射光功率放大的。工作原理如图2-1所示。图2-1 光放大器工作原理图图中的激活介质为一种稀土掺杂光纤，它吸收了泵浦源提供的能量，使电子跳到高能级上，产生粒子数反转，输入信号光子通过受激辐射过程这些这些已经激活的电子，使他们跃迁到较低的能级，从而产生一个放大的信号。2.3 掺杂光纤放大器掺杂光纤放大器是利用光纤中掺杂稀土引起的增益机制实现光放大的。光纤通信系统最适合掺杂光纤放大器是工作波长为1550nm的掺杂光纤放大器和工作波长为1300nm的掺杂光纤放大器。2.3.1 EDFA结构掺铒光纤放大器EDFA是利用掺铒光纤作为增益介质，使用激光器二极管发出的泵浦光对信号光进行放大的器件。掺铒光纤放大器的结构如图2-2所示。图2-2 掺铒光纤放大器的结构图掺铒光纤是EDFA的核心部件。它是以石英光纤作为基质，在纤芯中掺入固体激光工作物质——铒粒子。在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大，增强。掺铒光纤的模场直径为36，比常规光纤的916要小得多。这是为了提高信号光和泵浦光的能量密度，从而提高其相互作用的效率。但掺铒光纤纤芯径的减少也使得它与常规光纤的模场不匹配，从而产生较大的反射和链接损耗，解决的方法是在光纤中掺入少许氟元素，使折射率降低，从而增大模场半径，达到与常规光纤可匹配的程度。为了实现更有效的放大，在制作掺铒光纤时，将大多数铒离子集中在纤芯的中心区域，因为在光纤中，可认为信号光与泵浦光的光场近似为高斯分布，在纤芯轴线上光强最强，铒离子在近轴区域，将使光与物质充分作用，从而提高能量转换效率。一个典型的掺铒光纤放大器主要由以下几部分组成：泵浦源：EDFA的另一个核心部件，它为光信号放大提供足够的能量，是实现增益介质粒子数反转的必要条件，由于泵浦源直接决定着EDFA的性能，所以要求其输出功率高，稳定性好，寿命长。实用的EDFA泵浦源都是半导体激光二极管，其泵浦波