论文部分内容阅读
光纤通信是以光波为载频,以光纤为传播信道的新型通信方式。光通信采用的载波位于电磁波谱的近红外区、频率非常高(10141015Hz),因而通信容量极大。因此从一开始就显示出无比的优越性,引起了人们极大兴趣和关注,在短短三十多年中取得了迅速的发展。光纤通信现已与卫星通信、移动通信并列成为现代通信领域的三大支柱。随着各种数据业务对传输带宽需求的不断增长,如何利用现有的光纤传输系统,进一步提高通信容量,满足日益膨胀的需求,己成为光通信领域研究的热点。采用波分复用（WDM）技术能够大幅度提高系统的传输容量,所以近年来波分复用加掺铒光纤放大器（WDM+EDFA）技术已经成为高速率、大容量光纤通信系统发展的主流。但是在长距离、高速波分复用系统中级联使用EDFA也面临一些问题。如传统的带宽已不能满足WDM系统传输容量的要求,网络管理如WDM上下线、网络重构、设备升级和保护开关等引起的增益箝制问题,这是由于在WDM系统中,很多信道共同占用一个有源器件,如果传输过程中对某一信道进行了调整,势必影响其他信道的功率和噪声等特性参数,这就需要对EDFA进行自动增益箝制。除此之外,还有增益平坦问题,EDFA由于铒离子能级结构的限制,对不同波长的吸收系数和发散系数均不相同,即对不同波长的光信号的增益并不完全相同,造成增益不平坦,因此,采用增益平坦滤波器（GFF）对EDFA的增益谱进行修正。但是在长距离、高速波分复用系统中,传输光纤对不同波长的光损耗值不一样,在C波段（1530nm1560nm）中,波长逐渐增大,链路损耗逐渐变小。即使从EDFA中出射的光信号达到一定的平坦度,经过长距离传输后,短波的增益会小于长波增益,传输越远偏差会累加得越高,最终导致光信号的失真和误码率的增高。为了减少这种影响,在EDFA对光信号进行放大的过程中,就需要对EDFA的增益斜率进行一定的控制。本文围绕EDFA的增益斜率问题,进行了理论研究,找出了影响增益斜率的因素,并在实验室对影响EDFA增益斜率的因素进行了实验分析研究,通过模拟软件再次验证了分析结果,为实验制作EDFA过程中调整增益斜率提供了多种参考方法,以期对EDFA在长距离、高速WDM系统中EDFA的实际应用有一个理论上的指导。本论文首先对本课题的研究背景及意义进行了讨论,较全面的介绍了光通信领域中的各种光放大器,分析了己有的几种主要光放大器的基本原理、种类、特性和应用领域。其次,对现有EDFA的发展史和国内外的研究进展进行了介绍。对EDFA的速率方程和传输方程进行了较为详细的理论研究,重点介绍了应用最广泛的Saleh模型和Giles模型。针对波分复用系统中EDFA存在的增益平坦问题,先从理论上得到影响增益斜率的几个因素:铒纤长度、输入功率和泵浦功率。然后,从实验和模拟两方面入手,对EDFA增益斜率的影响因素进行了深入分析,根据设计光路,分别对铒纤长度、输入功率和泵浦功率变化情况下的增益斜率做了实验研究讨论。通过实验,我们获得了EDFA的增益谱和增益斜率。并得出铒纤长度越短,增益斜率越小,甚至达到负值。随着输入信号功率的增加,增益斜率几乎是线性增大。随着泵浦功率的增加增益斜率反而减小。然后对实验现象进行了理论解释。最后,做了OptiSystem模拟,通过与实验数据的对比更好的验证了他们之间的依赖关系,本论文的实验结果及相关分析对今后的增益斜率控制有一定的指导意义。最后对文章进行了总结,并指出了今后需要进一步研究的方向。下一步的工作可以定量的研究EDF长度、输入功率和泵浦功率对增益斜率的影响,寻找更合适的材料或优化EDFA器件结构,以达到更好的改善EDFA的增益斜率,实现增益斜率的智能控制,将这些改进应用在WDM系统中,进一步提高通信容量,满足日益膨胀的需求。