毕业论文--掺铒光纤放大器地原理与地的应用

1、word毕业设计论文报告题 目 掺铒光纤放大器的原理与应用系 别 尚德光伏学院 专 业应用电子技术光电子技术方向 班 级 0903 学生某某 X钰华 学 号 090264 指导教师2012年 4 月 / 掺铒光纤放大器的原理与应用摘要:光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成局部。光纤放大器简写OFA是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。本论文介绍了掺铒光纤放大器(简写EDFA)的相关理论。首先对光纤放大器的种类进展大致的简介，其次阐述了掺铒光纤放大器的历史和开展，以与对掺铒光纤放大器工作原理进展了介绍。重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。关键字：光纤、光纤通信、掺铒光纤放大器 、应运Principles and applications of the erbium-doped fiber amplifierAbstract：Optical Fiber munication, is the use of optica

2、l fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of munication. Large capacity optical fiber munication with the munication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important ponent of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber munication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.This paper describes the erbium-doped fiber amplif

3、ier theories. First, erbium-doped fiber amplifier general introduction to the history and types of optical amplifiers and erbium-doped fiber amplifier operating principle was introduced. Focus on the erbium-doped fiber amplifier in a modern optical fiber munication system should be shipped.Keywords:Fiber 、Optical Fiber munication 、Erbium-doped fiber 、amplifier Should be shipped目 录前 言1第一章 绪论21.1 光纤通信系统中放大技术331.1.2 半导体光放大器41.1.3 光纤放大器61.2 掺铒光纤放大器的开展历史61.3 EDFA 的开展方向8第二章 掺铒光纤放大器的工作原理与性能参数10102.1.1

4、EDFA放大器的组成102.1.2 EDFA的放大原理112.1.3 EDFA的根本性能122.2 EDFA的优缺点122.3 EDFA的主要应用形式.142.4 EDFA的增益特性15第三章 EDFA在密集波分复用系统中应用与研究183.1 波分复用WDM的根本概念183.1.1 波分复用系统的组成183.1.2 EDFA在WDM系统中的应用193.1.3 WDM系统对EDFA的要求193.1.4 密集波分复用DWDM原理概述213.2 EDFA在密集波分复用DWDM系统中应用的分析223.2.1 EDFA在DWDM系统中的作用和应用方式223.2.2 DWDM中对EDFA的主要性能要求24第四章 总结27致谢28参考文献前 言人类传播信息方式是多种多样的。用光来传递信息也是很早之前就有的。远在周代我国就有了烽火传递信息的方法，烽火作为一种原始的声光通信手段，服务于古代军事战争。从边境到国都以与边防线上，每隔一定距离就筑起一座烽火台。内储柴草，当敌人入侵时，便一个接一个地点燃起烽火报警，各路诸侯见到烽火，马上派兵相助,抵抗敌人。 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

5、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展光放大的器件。它的出现使光纤通信技术产生了质的飞跃；它使光波分复用技术，光孤子通信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根底，成为现代和未来光纤通信系统中不可少的重要器件。m 波域的利用。为此目的研制的掺铥光纤放大器(TDFA)的实用化也是业界关心的产品。还有，应用光纤拉曼现象的拉曼光纤放大器，随着WDM技术的应用，又重新抬头，在实现超宽波域达100nm放大方面颇具特点。本文拟就掺铒光纤放大器EDFA的原理与应用开展动向作一综述。 第一章 绪论1.1 光纤通信系统中放大技术光放大器的开发成功与其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以与全光网络的开展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换与电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种:光纤放大器、拉曼放大器以与半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是

6、不同的。掺铒光纤放大器的 增益带较宽，覆盖S、C、L频带; 掺铥光纤放大器的增益带是S波段;掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器如此是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过 程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行 波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。 迄今为止的光纤通信系统， 为了拓长通信距离都需在通信线路中设置一定数 量的中继器，以便使衰减的光信号强度得到补充。而中继器无一例外都是采用光 电光的转换方式。中继器的这种工作模式带来了不少问题，如使得本钱高， 系统复杂，可靠性降低等。于是，人们设想，是否用光放大器直接进展光信号放 大，以实现全光通信。经过多年的不懈努力，各种各样的光放大器终于问世了。 在光通信技术

7、的开展进程中，不断取得新的突破，其中尤以光放大器，特别 是掺铒光纤放大器EDFA的发明最为激动人心。它使光通信技术产生了革命性 的变化：用相对简单价廉的光放大器，代替长距离光纤通信系统中传统使用的复 杂昂贵的光电光混合式中继器，从而可实现比特率与调制格式的透明传输， 升级换代也变得十分容易， 尤其是性能十分优秀的 EDFA 与 WDM 技术的珠联璧合， 奠定了高速大容量 WDM 光通信系统与网络大规模应用的根底。 光放大器主要有两类：光纤光放大器和半导体光放大器。光纤放大器又分为 两种，即掺稀土元素的光纤放大器和利用常规光纤的非线性效应如受激拉曼散 射，受激希里渊散射等的光放大器。半导体光放大器主要是行波半导体激光放大器。1.1.2 半导体光放大器1 半导体光放大器的结构：半导体光放大器是一种把发光器件一一半导体激光器结构作为放大装置使用的器件, 因为具有能带结构, 所以其增益带宽比采用光纤放大器的宽。另外, 通过改变所使用的半导体材料的组成可以使波长使用X围超过100nm, 这是半导体光放大器的一个突出特点。半导体光放大器由有源区和无源区构成,有源区为增益区, 使用Inp这样的半导体

8、材料制作, 与半导体激光器的主要不同之处是SOA带抗反射涂层, 以防止放大器端面的反射, 排除共振器成效。抗反射涂层就是在端面设置单层或多层介质层。 以平面波人射单层介质层时, 抗反射膜的条件相对于厚度为1/4波长。实际的放大器, 传输光是数微米的点光,可以研究假想波导模严格的无反射条件。 去除端面反射影响的另一种方法, 也可以采用使端面倾斜的方法和窗结构。 把光放大器作为光通信中继放大器使用, 入射光的偏振方向是无规如此的, 最好是偏振波依赖性小的放大器。 为了消除这种偏振波依赖性, 可以引人运用窄条结构使激活波导光路近似正方形断面形状的方法和施加抗X应力, 以增大TM波增益的应变量子阱结构。 目前, 实现偏振无关半导体光放大器的方法有很多种, 如X应变量子阱结构、应变补偿结构、同时采用X应变量子阱和压应变量子阱的混合应变量子阱结构等。采用脊型波导结构的应变量子阱光放大器根本结构图。有源区4C3T采用混合应变量子阱结构, 即4 个压应变量子阱, 3个X应变量子阱, 压应变和X应变量子阱之间用与LPN晶格 匹配的宽的IaGaAsp垒层隔开上下波导层分别为波长1.15um的IaGaAsP

9、匹配材料 包层为p型Inp, 接触层为重P型掺杂IaGaAsP材料, 材料的外延法生长过程中, n 型掺杂源为硅烷,p 型掺杂源为二甲基锌材料；生长完成后, 采用标准的光刻、 反响离子刻蚀、湿法腐蚀、蒸发、溅射等工艺制作脊型波导结构。2 半导体光放大器的原理:半导体光放大器的原理与掺稀土光纤放大器相似但也有不同, 其放大特性主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性。 它虽也是粒子数反转放大发光但发光的媒介是非平衡载流子即电子空穴对而非稀有元素。 半导体的发光可根据激发方 式的不同分为光致发光、电致发光和阴极发光等。光致发光是指用半导体的光吸收作用来产生非平衡载流子, 实际上是一种光向另一种光转换的过程。 电致发光是指用电学方法将非平衡载流子直接注人到半导体中而产生发光, 这常借助于 PN结来完成。 在半导体中电子的能级限制在导带和价带两个带内, 在导带中电子 充当移动载流子, 在价带中空穴充当载流子。 半导体在外界激发下, 可将价带中的电子激发到导带中, 同时在价带中留下空穴, 所产生的电子和空穴分别跃迁到导带底和价带顶, 这一过程只与晶格交换能量而不产生光发射, 称为无辐射跃迁, 与此同时, 导带底的电子还要跃迁到价带顶与空穴复合, 并同时发射光子, 二者形成动态平衡, 与热平衡状态下的情况不同, 这时的电子和空穴为非平衡载流子, 载流子的分布不再是费米统计分布。 由于电子从导带底跃迁到价带 顶的时间常数即辐射寿命与无辐射跃迁的时间常数相比相对较长, 所

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