增益控制EDFA的研究.pdf

1、摻鉺光纖放大器(EDFA)的誕生給光通信帶來(lái)了一場(chǎng)革命。由于其本身具有高增益、高輸出功率、低噪聲、帶寬寬、與偏振無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域和場(chǎng)合，EDFA正逐步取代傳統(tǒng)的光-電-光中繼模式，省去光電/電光轉(zhuǎn)換的昂貴成本，便于設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，成為現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部件。隨著WDM系統(tǒng)的升級(jí)及光傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，增益控制摻鉺光纖放大器(GC-EDFA)在輸入功率和通道數(shù)目變化時(shí)維持放大器增益穩(wěn)定方面，發(fā)揮著日益重要的作用。

2、基于以上背景，在天津市重點(diǎn)基金項(xiàng)目——智能型光纖放大器和光源的研究、天津市重點(diǎn)基金項(xiàng)目——(C+L)超寬帶摻雜光纖放大器和南開-達(dá)爾泰(天津)項(xiàng)目——開發(fā)增益平坦的摻鉺光纖放大器的支持下，本論文主要圍繞新型GC-EDFA、EDFA性能的優(yōu)化、增益控制用光源、多波長(zhǎng)光纖激光器以及可調(diào)光衰減器等課題進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要工作如下： 1.設(shè)計(jì)了一種基于雙折射光纖光柵的GC-EDFA，通過調(diào)整偏振控制器可以方便地選擇單、雙波長(zhǎng)控制激

3、光，信號(hào)光與控制光逆向傳輸，此種結(jié)構(gòu)雙波長(zhǎng)GC-EDFA的平均增益和噪聲系數(shù)為22.22dB和8.69dB，單、雙波長(zhǎng)控制下的增益平坦度分別為0.69dB和1.51dB。設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)L-bandEDFA并制成樣機(jī)，它利用光纖環(huán)鏡反射后向ASE作為增益控制激光，這種新穎結(jié)構(gòu)的GC-EDFA信號(hào)變化范圍達(dá)到27dB，3dB帶寬為34.5dB，平均增益及平坦度分別為23.68dB和±0.8dB，噪聲指數(shù)為7.47dB，為了優(yōu)化樣機(jī)，我們還分

4、別嘗試了另外3種不同結(jié)構(gòu)的GC-EDFA以選擇最佳的樣機(jī)方案。 2.我們還提出了一種優(yōu)化反射式EDFA噪聲性能的方案，通過利用高雙折射環(huán)鏡代替普通光纖環(huán)鏡來(lái)抑制鉺纖的前向ASE，雙通放大器在1580.84nm～1588.48nm范圍內(nèi)的平均噪聲系數(shù)減少了3.7dB。利用前置放大器提高鉺纖輸入端的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反射式EDFA增益和噪聲系數(shù)的優(yōu)化，與普通結(jié)構(gòu)的反射式放大器相比，該反射式EDFA在1568nm～1594nm范

5、圍內(nèi)，增益增加了2.3dB～12.6dB，而噪聲系數(shù)則降低了2.2dB～23.9dB。 3.光纖放大器與光纖激光器密不可分，激光器不僅為放大器提供優(yōu)良的光源，而且還在放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提供了很多新的思路。因此，本文也對(duì)激光器進(jìn)行了一定的研究。在多波長(zhǎng)激光器方面，將光纖起偏器和雙折射光纖結(jié)合使用構(gòu)成Lyot濾波器，通過調(diào)節(jié)偏振控制器，實(shí)驗(yàn)得到了波長(zhǎng)間隔分別為3.44nm和1.56nm的兩組穩(wěn)定的L-band雙波長(zhǎng)激光輸出，這是利用腔

6、內(nèi)雙折射增強(qiáng)偏振燒孔效應(yīng)的結(jié)果，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)偏振控制器，還得到了1599.28nm至1605.84nm的5個(gè)單波長(zhǎng)的激光輸出。我們又提出了另一種利用偏振燒孔效應(yīng)的多波長(zhǎng)激光器，將雙折射光纖環(huán)鏡和光纖起偏器結(jié)合使用，使鉺纖中不同波長(zhǎng)的光通過波長(zhǎng)相關(guān)的偏振旋轉(zhuǎn)而具有不同的偏振態(tài)，從而使偏振燒孔效應(yīng)極大地增強(qiáng)，通過調(diào)節(jié)偏振控制器，可以得到4波長(zhǎng)和5波長(zhǎng)激光的穩(wěn)定輸出。在單波長(zhǎng)激光器的研究方面，我們提出了一種線性腔摻鐿光纖激光器，其輸出波長(zhǎng)在1

7、058.2nm，功率為18.9mW，長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性好。 4.在研究增益控制EDFA的實(shí)驗(yàn)中會(huì)經(jīng)常用到可調(diào)光衰減器，用于輸入輸出以及光纖回路中信號(hào)的衰減。因此我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了一種利用光纖微彎損耗原理的可調(diào)光衰減器，從理論上模擬了單模光纖的彎曲損耗系數(shù)隨波長(zhǎng)的分布，并將其與不同彎曲程度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)二者在趨勢(shì)上是一致的，但模擬得到的彎曲損耗系數(shù)要高于實(shí)驗(yàn)值，這與K.Nagano等人的理論預(yù)言相符。提出了一種基于電壓調(diào)

8、節(jié)的可調(diào)光衰減器，通過給壓電陶瓷施加不同的直流電壓，使雙折射光纖環(huán)鏡的透射譜發(fā)生移動(dòng)，從而達(dá)到了衰減某一波長(zhǎng)處光功率的目的。在壓電陶瓷上加75.2V的直流電壓時(shí)，環(huán)鏡的透射譜恰好漂移了半個(gè)周期。我們還研究了該衰減器在電壓傳感方面的應(yīng)用，環(huán)鏡透射波長(zhǎng)隨電壓線性地漂移，其線性擬合度達(dá)到了0.99878。 5.提出了一種利用C-bandASE提高泵浦效率的C+L超寬帶ASE源，實(shí)驗(yàn)表明光纖環(huán)鏡和C-bandASE使L-bandASE的