EDFA增益斜率影響因素的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、光纖通信是以光波為載頻,以光纖為傳播信道的新型通信方式。光通信采用的載波位于電磁波譜的近紅外區(qū)、頻率非常高(1014～1015Hz),因而通信容量極大。因此從一開始就顯示出無(wú)比的優(yōu)越性,引起了人們極大興趣和關(guān)注,在短短三十多年中取得了迅速的發(fā)展。光纖通信現(xiàn)已與衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信并列成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的三大支柱。隨著各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸帶寬需求的不斷增長(zhǎng),如何利用現(xiàn)有的光纖傳輸系統(tǒng),進(jìn)一步提高通信容量,滿足日益膨脹的需求,己成為光通信領(lǐng)域研究

2、的熱點(diǎn)。
　　 采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)能夠大幅度提高系統(tǒng)的傳輸容量,所以近年來波分復(fù)用加摻鉺光纖放大器(WDM+EDFA)技術(shù)已經(jīng)成為高速率、大容量光纖通信系統(tǒng)發(fā)展的主流。但是在長(zhǎng)距離、高速波分復(fù)用系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)使用EDFA也面臨一些問題。如傳統(tǒng)的帶寬已不能滿足WDM系統(tǒng)傳輸容量的要求,網(wǎng)絡(luò)管理如WDM上下線、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、設(shè)備升級(jí)和保護(hù)開關(guān)等引起的增箝制問題,這是由于在WDM系統(tǒng)中,很多信道共同占用一個(gè)有源器件,如果傳輸過程中對(duì)某

3、一信道進(jìn)行了調(diào)整,勢(shì)必影響其他信道的功率和噪聲等特性參數(shù),這就需要對(duì)EDFA進(jìn)行自動(dòng)增益箝制。除此之外,還有增益平坦問題,EDFA由于鉺離子能級(jí)結(jié)構(gòu)的限制,對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收系數(shù)和發(fā)散系數(shù)均不相同,即對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的增益并不完全相同,造成增益不平坦,因此,采用增益平坦濾波器(GFF)對(duì)EDFA的增益譜進(jìn)行修正。但是在長(zhǎng)距離、高速波分復(fù)用系統(tǒng)中,傳輸光纖對(duì)不同波長(zhǎng)的光損耗值不一樣,在C波段(1530nm～1560nm)中,波長(zhǎng)逐漸增大,

4、鏈路損耗逐漸變小。即使從EDFA中出射的光信號(hào)達(dá)到一定的平坦度,經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸后,短波的增益會(huì)小于長(zhǎng)波增益,傳輸越遠(yuǎn)偏差會(huì)累加得越高,最終導(dǎo)致光信號(hào)的失真和誤碼率的增高。為了減少這種影響,在EDFA對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的過程中,就需要對(duì)EDFA的增益斜率進(jìn)行一定的控制。本文圍繞EDFA的增益斜率問題,進(jìn)行了理論研究,找出了影響增益斜率的因素,并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)影響EDFA增益斜率的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析研究,通過模擬軟件再次驗(yàn)證了分析結(jié)果,為實(shí)驗(yàn)制作

5、EDFA過程中調(diào)整增益斜率提供了多種參考方法,以期對(duì)EDFA在長(zhǎng)距離、高速WDM系統(tǒng)中EDFA的實(shí)際應(yīng)用有一個(gè)理論上的指導(dǎo)。
　　 本論文首先對(duì)本課題的研究背景及意義進(jìn)行了討論,較全面的介紹了光通信領(lǐng)域中的各種光放大器,分析了己有的幾種主要光放大器的基本原理、種類、特性和應(yīng)用領(lǐng)域。其次,對(duì)現(xiàn)有EDFA的發(fā)展史和國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。對(duì)EDFA的速率方程和傳輸方程進(jìn)行了較為詳細(xì)的理論研究,重點(diǎn)介紹了應(yīng)用最廣泛的Saleh模型

6、和Giles模型。
　　 針對(duì)波分復(fù)用系統(tǒng)中EDFA存在的增益平坦問題,先從理論上得到影響增益斜率的幾個(gè)因素:鉺纖長(zhǎng)度、輸入功率和泵浦功率。然后,從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面入手,對(duì)EDFA增益斜率的影響因素進(jìn)行了深入分析,根據(jù)設(shè)計(jì)光路,分別對(duì)鉺纖長(zhǎng)度、輸入功率和泵浦功率變化情況下的增益斜率做了實(shí)驗(yàn)研究討論。通過實(shí)驗(yàn),我們獲得了EDFA的增益譜和增益斜率。并得出鉺纖長(zhǎng)度越短,增益斜率越小,甚至達(dá)到負(fù)值。隨著輸入信號(hào)功率的增加,增益斜率幾乎

7、是線性增大。隨著泵浦功率的增加增益斜率反而減小。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了理論解釋。最后,做了OptiSystem模擬,通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比更好的驗(yàn)證了他們之間的依賴關(guān)系,本論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)分析對(duì)今后的增益斜率控制有一定的指導(dǎo)意義。
　　 最后對(duì)文章進(jìn)行了總結(jié),并指出了今后需要進(jìn)一步研究的方向。下一步的工作可以定量的研究EDF長(zhǎng)度、輸入功率和泵浦功率對(duì)增益斜率的影響,尋找更合適的材料或優(yōu)化EDFA器件結(jié)構(gòu),以達(dá)到更好的改善EDFA