光纖通信課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 頁(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20212021 學(xué)年第二學(xué)期專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 課程設(shè)計(jì)名稱： 光纖通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： EDFA 在 WDM 傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 完成期限：自 2021 年 6 月 6 日至 2021 年 6 月 19 日共 2 周一、設(shè)計(jì)依據(jù) 在長(zhǎng)距離傳輸中,由于受發(fā)送功率、接收機(jī)靈敏度,甚至色散等因素的影響和制約,使得光脈沖從光發(fā)射機(jī)輸出經(jīng)過(guò)光纖傳輸一定距離后,其幅度會(huì)受到衰減,波形也會(huì)出現(xiàn)失真。因此,要進(jìn)行長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸,就需要在光信號(hào)傳輸一定距離后加中繼器,以放大衰減的信號(hào),使光脈沖得到再生。摻鉺光纖放大器EDFA可以省去大量的光中繼器,延長(zhǎng)傳輸距離

2、,這對(duì)于長(zhǎng)途干線傳輸系統(tǒng)具有重要意義，本設(shè)計(jì)主要研究 EDFA 在WDM 中的應(yīng)用。 二、要求及主要內(nèi)容 1查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，概要介紹了EDFA的研究背景，包括摻鉺光纖放大器的特點(diǎn)、應(yīng)用、開(kāi)展前景以及研究的必要性； 2對(duì)摻 EDFA 研制過(guò)程中的主要光電器件從原理及性能等方面作了系統(tǒng)的描述； 3介紹 EDFA 在波分復(fù)用系統(tǒng) WDM 中的應(yīng)用，進(jìn)行仿真分析。 三、途徑和方法 1查找相關(guān)文獻(xiàn)，了解 EDFA 的工作原理，主要包括摻鉺光纖的根本概念及參數(shù)； 2著重了解現(xiàn)代通信系統(tǒng)中 EDFA 的作用； 3運(yùn)用的理論分析，介紹了 EDFA 在 WDM 中的根本原理，對(duì)摻鉺光纖放大器的參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介

3、紹。 四、時(shí)間安排 1課題講解：2 小時(shí)。 2閱讀資料：10 小時(shí)。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 I 頁(yè) 3撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書：12 小時(shí)。 4修訂設(shè)計(jì)說(shuō)明書：6 小時(shí)。 5、主要參考資料 1 王延恒光纖通信技術(shù)根底M北京：天津大學(xué)出版社，1990 2黃章勇光纖通信用光電子器件和組件M北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001. 3 黃章勇光纖通信用新型光無(wú)源器件M北京：北京郵電大學(xué)出版社，2002 4 孫學(xué)軍，張述軍等DWDM 傳輸系統(tǒng)原理與測(cè)試北京：人民郵電出版社，1997 5 紀(jì)越峰光波分復(fù)用系統(tǒng)M北京：北京郵電大學(xué)出版社,1999 6原榮光纖通信技術(shù)M機(jī)械工業(yè)出版社，2021 指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽

4、字： 批準(zhǔn)日期： 年 月 日課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 II 頁(yè)EDFA 在在 WDM 傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要摘要在長(zhǎng)距離傳輸中,由于受發(fā)送功率、接收機(jī)靈敏度,甚至色散等因素的影響和制約,使得光脈沖從光發(fā)射機(jī)輸出經(jīng)過(guò)光纖傳輸一定距離后,其幅度會(huì)受到衰減,波形也會(huì)出現(xiàn)失真。因此,要進(jìn)行長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸,就需要在光信號(hào)傳輸一定距離后加中繼器,以放大衰減的信號(hào),使光脈沖得到再生。摻鉺光纖放大器EDFA可以省去大量的光中繼器,延長(zhǎng)傳輸距離,這對(duì)于長(zhǎng)途干線傳輸系統(tǒng)具有重要意義。本文首先介紹了 EDFA 和 WDM的根本原理和應(yīng)用，其次使用 optisystem 模擬仿真軟件，利用仿真，分析系統(tǒng)的性

5、能和影響性能的參數(shù)因子，優(yōu)化系統(tǒng)，最后對(duì)光路結(jié)構(gòu)修改提高 EDMA 在 WDM 傳輸系統(tǒng)中的性能。關(guān)鍵詞：EDFA，WDM，長(zhǎng)距離傳輸，OptiSystem課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 III 頁(yè)目錄目錄1.緒論.11.1. 光纖通信的歷史和開(kāi)展.11.2. 光纖放大器.21.2.1. 傳輸型光纖放大器.21.2.2. 摻稀土元素光纖放大器.21.3. 論文結(jié)構(gòu)和內(nèi)容.32.EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用.42.1. 摻鉺光纖放大器EDFA.42.1.1. EDFA 的主要結(jié)構(gòu).42.1.2. EDFA 的工作原理.62.1.3. EDFA 的工作特性.72.1.4. EDFA 的性能參數(shù).82.1

6、.5. EDFA 的應(yīng)用.102.2. 波分復(fù)用WDM .122.2.1. WDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類.122.2.2. WDM 原理及應(yīng)用.132.2.3. WDM 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù).152.3. WDM 系統(tǒng)對(duì) EDFA 的要求.183.EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用仿真分析.213.1. OPTISYSTEM 軟件簡(jiǎn)介.213.2. EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.213.3 本章小結(jié).25總結(jié).25參考文獻(xiàn).26課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 0 頁(yè)1.緒論1.1.光纖通信的歷史和開(kāi)展光纖通信的誕生和開(kāi)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信并列為20 世紀(jì) 90 年代的技術(shù)。進(jìn)入 21

7、 世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速開(kāi)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)大容量超高速和超長(zhǎng)距離光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。 20世紀(jì)90 年代初，摻鉺光纖放大器和低損耗傳輸光纖的研制成功以及波分復(fù)用技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地增加了光纖通信傳輸?shù)男畔⑷萘坎⒀娱L(zhǎng)了光纖通信的傳輸距離，光纖通信得到了快速的開(kāi)展。光纖通信技術(shù)中的波分復(fù)用技術(shù)充分利用了單模光纖低損耗區(qū)的優(yōu)勢(shì)，獲得了大的帶寬資源。波分復(fù)用技術(shù)基于每一信道光波的頻率和波長(zhǎng)不同等情況出發(fā)，把光纖的低損耗窗口規(guī)劃為許多個(gè)單獨(dú)的通信管道，并在發(fā)送端設(shè)置了波分復(fù)用器，將波長(zhǎng)不同的信號(hào)集合到一起送入單根光纖中，再進(jìn)行信息的傳輸，而接收端的波分

8、復(fù)用器把這些承載著多種不同信號(hào)的、波長(zhǎng)不同的光載波再進(jìn)行別離。 光纖通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)全球經(jīng)濟(jì)開(kāi)展起著極其重要的作用，信息全球化推動(dòng)經(jīng)濟(jì)全球化，而經(jīng)濟(jì)全球化又反過(guò)來(lái)促進(jìn)信息全球化。到目前為止，光纖通信技術(shù)已經(jīng)成為最重要的現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)之一，在現(xiàn)在的信息社會(huì)背景下得到了普遍意義上的應(yīng)用，迄今尚未發(fā)現(xiàn)可以取代它的更好的技術(shù)。從現(xiàn)代通信的開(kāi)展趨勢(shì)來(lái)看，光纖通信技術(shù)也必將成為未來(lái)通信開(kāi)展的主流，帶著人類進(jìn)入全光網(wǎng)絡(luò)時(shí)代自從有了人類，就有了信息交流和傳遞的需要。我過(guò)古代的狼煙和烽火可以說(shuō)是最早的利用光進(jìn)行信息傳遞的方式。隨著科技的進(jìn)步， 、電報(bào)一直到目前連接全球的因特網(wǎng)，通信技術(shù)，特別是近代通信技術(shù)，經(jīng)歷了一

9、個(gè)從低頻到高頻，從高頻到微波進(jìn)而到達(dá)光頻的演變過(guò)程。通信技術(shù)在人類社會(huì)起到了越來(lái)越大的作用，成為這個(gè)信息時(shí)代的支柱技術(shù)。光纖通信技術(shù)的誕生和開(kāi)展是電信史上的一次重要革命，三十多年以來(lái)，在經(jīng)歷了三代進(jìn)化之后，它正在以超摩爾定律的速度向前開(kāi)展。目前世界上 80%以上的信息是通過(guò)光纖傳送，未來(lái)的傳送網(wǎng)必然是建立在光纖通信技術(shù)之上的。近幾年來(lái)，隨著密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)、摻鉺光纖放大器EDFA技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用OTDM技術(shù)的開(kāi)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 1 頁(yè)展和成熟，光纖通信技術(shù)正向著超高速、超大容量、超長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)開(kāi)展，并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。1.2.光纖放大器光纖放大器是光纖通信和傳感在實(shí)際應(yīng)用中的重

10、要光學(xué)器件，光在光路傳輸過(guò)程中，隨著傳輸距離的增加以及光纖器件的損耗，光信號(hào)會(huì)逐漸變?nèi)?。這就需要光纖放大器對(duì)其進(jìn)行放大。早在1964年人們就開(kāi)始對(duì)光纖放大器進(jìn)行研究，隨著低損耗光纖的使用和稀土摻雜光纖技術(shù)的不斷開(kāi)展，直到1984 年才開(kāi)始在實(shí)際中使用。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)和光纖通信網(wǎng)的數(shù)字傳輸技術(shù)的迅速開(kāi)展，激發(fā)了人們對(duì)光纖光源和光放大器的研究興趣。光纖放大器是一種新型全光放大器，傳統(tǒng)的光電光再生中繼器有許多缺點(diǎn)。首先，通信設(shè)備很復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性不高，特別是在WDM系統(tǒng)中更為突出，因?yàn)橄纫鈴?fù)用出每個(gè)波長(zhǎng)信道，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，最后再通過(guò)復(fù)用器把放大后的各路

11、光信號(hào)送回光纖中傳輸，所需設(shè)備更復(fù)雜，費(fèi)用更昂貴。其次，傳輸容量受到一定的限制。因此全光傳輸型中繼器正在取代光電光再生中繼器。光放大器分為光放大器和半導(dǎo)體光放大器兩類，半導(dǎo)體光放大器Semiconductor Optical Amplifier，SOA的放大介質(zhì)為半導(dǎo)體晶體材料構(gòu)成的正向偏壓的P-N結(jié)2。光放大器按照原理主要可以分為兩大類： 1.2.1. 傳輸型光纖放大器這類光纖放大器基于光在光纖中傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)包括光纖布里淵放大器Fiber Brillion Amplifier，F(xiàn)BA和光纖拉曼放大器Fiber Raman Amplifier，F(xiàn)RA等。對(duì)于光纖布里淵放大器，它是通過(guò)相當(dāng)于

12、泵浦光頻率下移的斯托克Stocks波的產(chǎn)生來(lái)進(jìn)行光放大，其頻移量由非線性介質(zhì)決定3。雖然通過(guò)一定的設(shè)計(jì)，光纖布里淵放大器能獲得可觀的的增益，但是其放大的帶寬非常窄，應(yīng)用并不廣。光纖拉曼放大器是將強(qiáng)泵浦與微弱信號(hào)光一起耦合在一根光纖中傳輸，假設(shè)是將信號(hào)光波長(zhǎng)比泵浦光波長(zhǎng)長(zhǎng)，并且波長(zhǎng)差在一定范圍內(nèi)，由于受激拉曼散射效應(yīng)，強(qiáng)泵浦的功率局部轉(zhuǎn)移到微弱信號(hào)光上，使信號(hào)光獲得增益。它的優(yōu)點(diǎn)是寬寬帶和低噪聲，缺點(diǎn)是需要很強(qiáng)的泵浦功率，其應(yīng)用也受到很大的限制。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 2 頁(yè)1.2.2. 摻稀土元素光纖放大器稀土元素即元素周期表中的鑭系元素，鉺Er、鐠Pr、銩Tm、鐿Yb、釹Nd等屬于此系，目前通信

13、領(lǐng)域?qū)较⊥凉夥糯笃鞯难芯勘葦M多的集中在摻鐿光纖放大器Ytterbium Doped Fiber Amplifier，YDFA、摻鉺光纖放大器Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA和摻銩光纖放大器Thulium Doped Fiber Amplifier，TDFA上，其中摻鉺光纖放大器是其中最典型、最成功的例子。與傳輸性光纖放大器相比，摻稀土元素光纖放大器中，EDFA是性能優(yōu)異、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的光纖放大器。自從1985 年，英國(guó)南安普敦大學(xué)首先成功地研究出摻鉺光纖，并與1986年首次研制出針對(duì)光纖通訊第三個(gè)窗口1.55m波段的光纖放大器，EDFA技術(shù)得到了迅

14、速的開(kāi)展。到1988年，低損耗的摻鉺光纖技術(shù)已相當(dāng)成熟，并到達(dá)實(shí)用水平。它的研制成功是光纖通信領(lǐng)域內(nèi)的一次革命4。1.3.論文結(jié)構(gòu)和內(nèi)容通過(guò)閱讀大量的資料及現(xiàn)在人們對(duì)信息傳送速率和信息容量的要求，本文主要研究EDFA在WDM傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。第一章研究了光通信的開(kāi)展，現(xiàn)狀，提出本文的設(shè)計(jì)目的及意義；其次講解了光纖放大器的分類，提出摻鉺光纖放大器；并簡(jiǎn)單的介紹了波分復(fù)用的定義及其應(yīng)用。第二章介紹了摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，說(shuō)明了摻鉺光纖放大器的性能指標(biāo)，泵浦方式及其在通信中的應(yīng)用；其次介紹了波分復(fù)用的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，極其關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。第三章介紹了OptiSystem這個(gè)軟件，并對(duì)

15、EDFA在WDM傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用的仿真分析。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 3 頁(yè)2. EDFA 在在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1.摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器EDFA2.1.1. EDFA 的主要結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)EDFA 主要由摻鉺光纖EDF、泵浦光源、光耦合器、光隔離器和光濾波器等組成，如圖 1.1 所示。圖 1.1 EDFA 的根本組成(1) 摻鉺光纖EDF：光纖放大器的關(guān)鍵部件是具有增益放大特性的摻鉺光纖，其長(zhǎng)度為 10m100m 左右，鉺離子的摻雜濃度一般為 2100 2000ppm 左右。因而使摻鉺光纖的設(shè)計(jì)最正確化是主要的技術(shù)關(guān)鍵。EDFA 的增益與許多參數(shù)有關(guān)，如鉺離子濃度、放大

16、器長(zhǎng)度、芯徑以及泵浦光功率等。(2) 泵浦源對(duì)泵浦源的根本要求是高功率和長(zhǎng)壽命。它是保證光纖放大器性能的根本因素。幾個(gè)波長(zhǎng)可有效鼓勵(lì)摻鉺光纖。現(xiàn)在采用的半導(dǎo)體激光器，輸出功率為 10200mW，工作波長(zhǎng)為 0.98m 或 1.48m。最先使用 1480 nm 的多量子阱(MQW)激光器，其輸出功率可達(dá) 100mW，泵浦增益系數(shù)較高?，F(xiàn)在一般采用 980nm 波長(zhǎng)泵浦，它的效率更高, 噪聲更低。(3) 波分復(fù)用器其作用是使泵浦光與信號(hào)光進(jìn)行復(fù)合。對(duì)它的要求是插入損耗低，因而適用的 WDM器件主要有熔融拉錐形光纖耦合器和干預(yù)濾波器。(4) 光隔離器在輸入、輸出端插入光隔離器目的是抑制光路中的反射，

17、保證信號(hào)單向傳輸、防止反射光影響 EDFA 的工作穩(wěn)定性，從而使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、降低噪聲。對(duì)隔離器的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 4 頁(yè)根本要求是插入損耗低、反向隔離度大。(5) 光濾波器濾除放大器噪聲，提高信噪比。EDFA 的內(nèi)部按泵浦方式分，有三種根本的結(jié)構(gòu)：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。1同向泵浦這是一種信號(hào)光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結(jié)構(gòu)，也稱為前向泵浦，如圖 1.2 所示。輸入泵浦光較強(qiáng)，故粒子反轉(zhuǎn)鼓勵(lì)也強(qiáng)，其增益系數(shù)大。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，噪聲指數(shù)較?。蝗秉c(diǎn)是輸出功率較低。圖 1.2 同向泵浦2反向泵浦這是一種信號(hào)光與泵浦光從兩個(gè)不同方向注入進(jìn)摻鉺光纖的結(jié)構(gòu)，也稱后向泵浦，如

18、圖 1.3 所示。其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)光信號(hào)放大到很強(qiáng)時(shí)，泵浦光也強(qiáng)，不易到達(dá)飽和，輸出功率比同向泵浦高；缺點(diǎn)是噪聲性能差。圖 1.3 反向泵浦3雙向泵浦這是一種同向泵浦與反向泵浦同時(shí)泵浦的結(jié)構(gòu)，如圖 1.4 所示。用多個(gè)泵浦源從多個(gè)方向鼓勵(lì)光纖。多個(gè)泵浦源局部前向，局部后向，結(jié)合前兩種優(yōu)點(diǎn)。使泵浦光在光纖中均勻分布，從而使其增益在光纖中均勻分布。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 5 頁(yè)圖 1.4 雙向泵浦圖 1.5a給出了三種泵浦方式的信號(hào)輸出功率與泵浦功率的關(guān)系。由于這三種方式的微分轉(zhuǎn)換效率即圖中曲線斜率不同，因此再同樣的泵浦條件下，同向泵浦式 EDFA 的輸出功率最低。圖 1.5b給出噪聲指數(shù) NF 與輸出功

19、率之間的關(guān)系。由于輸出功率加大將導(dǎo)致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)下降。因此，在未飽和區(qū)，同向泵浦式 EDFA 的噪聲指數(shù)最小，但是在飽和區(qū)，情況就不同。圖 1.5c給出了噪聲指數(shù)與光纖長(zhǎng)度的關(guān)系?？梢?jiàn)，不管摻餌光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦 EDFA 噪聲指數(shù)均最小。 (a)信號(hào)輸出功率與泵浦功率的關(guān)系 (b)噪聲指數(shù)與輸出功率的關(guān)系 (c)噪聲指數(shù)與光纖長(zhǎng)度的關(guān)系圖 1.5 相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系2.1.2. EDFA 的工作原理的工作原理EDFA 的工作原理與半導(dǎo)體激光器類似：當(dāng)較弱的信號(hào)光和較強(qiáng)的泵浦光一起輸入摻餌光纖時(shí)，泵浦光激活 EDF 中的鉺粒子并形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；在信號(hào)光子的感應(yīng)下，產(chǎn)生受激輻射并實(shí)現(xiàn)信號(hào)

20、光的放大作用。由于 EDFA 的核心放大元件是摻餌光纖，其具有細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)有源區(qū)的能量密度較高，從而降低了對(duì)泵浦功率的要求。 鉺粒子的能級(jí)分布如圖 1.6 所示。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 6 頁(yè)圖 1.6 鉺離子工作能級(jí) 當(dāng) WDM 的信號(hào)光通過(guò)這段粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的 EDF 時(shí)，電子在 WDM 信號(hào)光作為感應(yīng)光場(chǎng)的情況下，從亞穩(wěn)態(tài)受激輻射到基態(tài)上，并產(chǎn)生與輸入光子完全一樣具有相同波長(zhǎng)、相同方向和相同相位的光子，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)光在 EDF 的傳播過(guò)程中被放大。 因此，簡(jiǎn)單地說(shuō)，EDFA 放大就是把泵浦能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光的能量，而且它的效率很高。 泵浦效率等因素的影響，980nm、1480n

21、m 半導(dǎo)體激光器更適合于 EDFA 的泵浦光源，而且這兩種半導(dǎo)體激光器已經(jīng)得到很好的商用化。另外，980nm 相對(duì)于 1480nm而言，增益高、噪聲小，是目前 EDFA 的首選泵浦光源，只用幾毫瓦的泵浦功率就可獲得高達(dá) 30 40 dB 的放大器增益。2.1.3. EDFA 的工作特性的工作特性(1) 工作波長(zhǎng)恰好落在光纖通信的最正確波長(zhǎng)區(qū)( 1500 nm )；(2) 因?yàn)?EDFA 的主體也是一段光纖，它與線路光纖的耦合損耗很小，甚至可到達(dá)0.1 dB;(3) 噪聲指數(shù)低，一般 4 7 dB；(4) 增益高，約 20 40 dB，飽和輸出功率大，約 815 dBm；(5) 頻帶寬，在 1

22、550 nm 窗口有 20 40 nm 帶寬，可進(jìn)行多信道傳輸，便于擴(kuò)大傳輸容量，從而節(jié)省本錢費(fèi)用;(6) 與半導(dǎo)體光放大器不同，光纖放大器的增益特性與光纖極化狀態(tài)無(wú)關(guān)，放大特課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 7 頁(yè)性與光信號(hào)的傳輸方向也無(wú)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)雙向放大 ( 光纖放大器內(nèi)無(wú)隔離器時(shí) );(7) 所需泵浦功率較低(數(shù)十毫瓦)，泵浦效率卻相當(dāng)高，用 980nm 光源泵浦時(shí)，增益效率為 10dB/mW，用 1480nm 光源泵浦時(shí)為 5.1dB/mW；泵浦功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率的效率為 92.6%，吸收效率為 88%；(8) 在多信道應(yīng)用中可進(jìn)行無(wú)串話傳輸；(9) 放大器中只有低速電子裝置和幾個(gè)無(wú)源器件，結(jié)

23、構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，體積?。?10) 對(duì)不同傳輸速率的數(shù)字體系具有完全的透明度，即與準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)和同步數(shù)字體系(SDH)的各種速率兼容，調(diào)制方案可任意選擇；(11) EDFA 需要的工作電流比光-電-光再生器的小，因此可大大減小遠(yuǎn)供電流，從而降低了對(duì)海纜的電阻和絕緣性能的要求。2.1.4. EDFA 的性能參數(shù)的性能參數(shù)EDFA 主要性能參數(shù)包括功率增益、輸出功率和噪聲等。1.功率增益功率增益dB表示了 EDFA 的放大能力，其定義為輸出功率與輸入功率之比，即EDFA 的增益大小與輸入信號(hào)功率、泵浦功率、摻餌光纖長(zhǎng)度等多種因素有關(guān)，通常為 1540dB。圖 1.7 給出了 EDFA

24、信號(hào)增益與泵浦光功率的關(guān)系。=10logdB輸出光功率功率增益輸入光功率課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 8 頁(yè)圖 1.7 增益G與泵浦光功率的關(guān)系由圖可見(jiàn)，小信號(hào)輸入時(shí)的增益系數(shù)大于大信號(hào)輸入時(shí)的增益系數(shù)。當(dāng)放大器增益出現(xiàn)飽和時(shí)，即使泵浦功率增加很多，增益也會(huì)根本保持不變。此時(shí)放大器的增益效率圖中曲線斜率將隨著泵浦功率的增加而下降。圖 1.8 給出了增益與摻餌光纖長(zhǎng)度的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，剛開(kāi)始是增益隨摻餌光纖長(zhǎng)度的增加而上升，但是光纖超過(guò)了一定長(zhǎng)度之后，由于光纖本身的損耗，增益反而逐漸下降，因此存在一個(gè)可獲得最正確增益的最正確長(zhǎng)度。這一長(zhǎng)度只能是最大增益長(zhǎng)度，而不是摻餌光纖的最正確長(zhǎng)度，因?yàn)檫€牽涉到其他諸如

25、噪聲等的特性。圖 1.8 增益G與摻餌光纖長(zhǎng)度的關(guān)系2.輸出功率對(duì)于 EDFA 而言，當(dāng)輸入功率增加時(shí)，受激輻射加快，以至于減少了粒子反轉(zhuǎn)數(shù)，使受激輻射光減弱，輸出功率趨于平穩(wěn)。EDFA 的輸入/輸出關(guān)系如圖 1.9 所示。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 9 頁(yè)圖 1.9 EDFA 的輸入/輸出關(guān)系衡量 EDFA 的輸出功率特性通常使用 3dB 飽和輸出功率，其定義為飽和增益下降3dB 時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率值。3.噪聲EDFA 的輸出光中，除了有信號(hào)光外，還有自發(fā)輻射光，它們一起被放大，形成了影響信號(hào)光的噪聲源，EDFA 的噪聲主要有以下四種：信號(hào)光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射光的散粒噪聲；自發(fā)輻射光譜與信

26、號(hào)光之間的差拍噪聲；自發(fā)輻射光譜間的差拍噪聲。以上四種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種噪聲是決定 EDFA 性能的主要因素。理論分析說(shuō)明，EDFA 的噪聲指數(shù) Fn的極限值是 3dB。這說(shuō)明在即使是在理想情況下，每經(jīng)過(guò)一個(gè) EDFA，信噪比也會(huì)下降一半。因此，即使 EDFA 的增益完全補(bǔ)償光纖線路的損耗，實(shí)際使用中也不能無(wú)限制地級(jí)聯(lián) EDFA，這樣會(huì)導(dǎo)致接收到信號(hào)的信噪比難以承受。2.1.5. EDFA 的應(yīng)用的應(yīng)用在長(zhǎng)距離、大容量、高速率光纖通信系統(tǒng)中，EDFA 有多種應(yīng)用形式，其根本作用是：1） 延長(zhǎng)中繼距離，使無(wú)中繼傳輸達(dá)數(shù)百公里。2） 與波分復(fù)用技術(shù)結(jié)合，可迅速簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。課程

27、設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10 頁(yè)3） 與光孤子技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)超大容量、超長(zhǎng)距離光纖通信。4） 與 CATV 等技術(shù)結(jié)合，對(duì)視頻傳播和 ISDN 具有積極作用。EDFA 的具體的應(yīng)用形式有三種。1線路放大LA線路放大是指將 EDFA 置于光纖鏈路原有中繼器的位置，對(duì)信號(hào)進(jìn)行在線放大，如圖 1.10 所示。LA 是 EDFA 最常見(jiàn)的應(yīng)用形式，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)途和本地通信系統(tǒng)中，替代復(fù)雜昂貴的光中繼器。圖 1.10 線路放大LA2功率放大BA功率放大是指將 EDFA 設(shè)置于光發(fā)送機(jī)后，如圖 1.11 所示。BA 可以提高注入光纖的有效光功率，從而延長(zhǎng)中繼距離。BA 的引入會(huì)導(dǎo)致入纖功率的大幅提高，可能會(huì)在光

28、纖中激發(fā)出較強(qiáng)的非線性效應(yīng)，因此在實(shí)際應(yīng)用中要對(duì)其輸出功率進(jìn)行仔細(xì)控制。應(yīng)具有較高的飽和輸出功率。圖 1.11 功率放大BA3前置放大PA前置放大是指將 EDFA 置于光接收機(jī)之前，如圖 1.12 所示。PA 可以將光纖線路傳輸?shù)奈⑷豕庑盘?hào)進(jìn)行放大，從而提高光接收機(jī)的靈敏度。PA 一般工作在小信號(hào)狀態(tài)，因此需要有較高的噪聲性能和增益系數(shù)，而不需要很高的輸出功率以防止造成光接收機(jī)過(guò)載。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 11 頁(yè)圖 1.12 前置放大PA2.2.波分復(fù)用波分復(fù)用WDM2.2.1. WDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類WDM 系統(tǒng)主要有以下五個(gè)局部組成：光發(fā)送機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和

29、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1 所示。光發(fā)射機(jī)是光波分復(fù)用系統(tǒng)的核心。它發(fā)出波長(zhǎng)不同，但精度和穩(wěn)定度滿足一定要求的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光波分復(fù)用器即合波器合成一路送入光功率放大器放大，然后耦合到光纖上進(jìn)行傳輸。光中繼放大器一般采用摻鉺光纖放大器，主要是用于補(bǔ)償光信號(hào)由于長(zhǎng)距離傳輸所圖 2.1 WDM 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖造成的信號(hào)衰減。光接收機(jī)主要由前置放大器、光分波器等組成。光前置放大器首先放大經(jīng)傳輸而衰減的光信號(hào)，然后利用分波器別離各特定波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行接收。光監(jiān)控信道是監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，在發(fā)送端插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(zhǎng)的光監(jiān)控信號(hào)，與主信道的光信號(hào)混合輸出。在接收端，將接收到

30、的光信號(hào)分波，獲得課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè)光監(jiān)控信號(hào)。幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開(kāi)銷字節(jié)均是通過(guò)光監(jiān)控信道來(lái)傳遞的。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是通過(guò)光監(jiān)控信道的物理層傳送開(kāi)銷字節(jié)到其它節(jié)點(diǎn)或接收其它節(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷字節(jié)對(duì)光波分復(fù)用系統(tǒng)迸行管理。主要實(shí)現(xiàn)配置、故障、性能、平安管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。根據(jù) WDM 線路系統(tǒng)中是否設(shè)置有在線光中繼放大，可以將 WDM 線路系統(tǒng)分為有線路光放大器 WDM 系統(tǒng)和無(wú)線路光放大器 WDM 系統(tǒng)，其中無(wú)線路光放大器WDM 系圖 2.2 有線路光放大器 WDM 系統(tǒng)的參考配置圖 2.3 無(wú)線路光放大器 WDM 系統(tǒng)的參考配置統(tǒng)可以認(rèn)為是點(diǎn)到點(diǎn)的單跨有線路放大器

31、系統(tǒng)中繼段為一。2.2.2. WDM 原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用光波分復(fù)用wavelength-division multiplex-ing，簡(jiǎn)稱 WDM技術(shù)又稱光波長(zhǎng)分割復(fù)用技術(shù)，是指在一根光纖中能同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一種技術(shù)。它是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)，耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端再將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。具有以下優(yōu)點(diǎn)：1可充分利用光纖的帶寬資源，使同一根光纖的傳輸容量增加幾倍至幾十倍，甚課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè)至幾百倍。2由于光波分復(fù)用技術(shù)使用的波長(zhǎng)相互獨(dú)立，故可以同時(shí)傳輸特性完全不同的信號(hào)。3采用全雙工方式，光信號(hào)可以在一

32、根光纖中同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸，節(jié)省了線路投資，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。4對(duì)于早期敷設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，波分復(fù)用技術(shù)可提供“在線升級(jí)，平滑過(guò)渡的技術(shù)支持，即在對(duì)原有系統(tǒng)不作較大改動(dòng)的情況下，進(jìn)行擴(kuò)容，節(jié)省投資。5隨著傳輸速率的不斷提高，許多光器件的響應(yīng)速度已明顯缺乏。使用波分復(fù)用技術(shù)可以降低對(duì)器件性能上的要求。6波分復(fù)用器件大多是光無(wú)源器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，穩(wěn)定可靠，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和施工中有很大靈活性。因此，波分復(fù)用技術(shù)成為當(dāng)前迸行擴(kuò)容、升級(jí)改造以及建設(shè)新的高速、大容量通信網(wǎng)絡(luò)的最正確技術(shù)選擇。WDM 系統(tǒng)的主要應(yīng)用形式有以下三種。1雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸 WDM 系統(tǒng)如圖 2.4 所示。雙纖

33、單向傳輸是指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來(lái)完成。雙纖單向傳輸 WDM 系統(tǒng)可以方便地分階段動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。例如在對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)容工作中，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量的需要逐步增加波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，是目前 WDM 系統(tǒng)最主要的應(yīng)用形式。圖2. 4雙纖單向傳輸WDM系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 14 頁(yè)2單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸 WDM 系統(tǒng)如圖 2.5 所示。單纖雙向傳輸指在一根光纖實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上以實(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡(luò)。雙向 WDM 系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量，這對(duì)于光接入網(wǎng)等環(huán)境的使用具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。3光

34、分路插入傳輸光分路插入傳輸 WDM 系統(tǒng)如圖 2.6 所示。通過(guò)光分插復(fù)用器OADM可以實(shí)現(xiàn)圖 2.5 單纖雙向傳輸 WDM 系統(tǒng)圖 2.6 光分路插入傳輸 WDM 系統(tǒng)各波長(zhǎng)的光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完城DWDM 系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。根據(jù)上/下通路是否針對(duì)特定波長(zhǎng)設(shè)定，可以分為固定波長(zhǎng)光分路插入系統(tǒng)和可變光分路插入系統(tǒng)。2.2.3. WDM 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 15 頁(yè)由于同時(shí)有多個(gè)不同波長(zhǎng)通路在一根光纖中同時(shí)傳輸，因此對(duì)于 WDM 系統(tǒng)而言會(huì)存在一些單信道光纖通信系統(tǒng)中沒(méi)有的問(wèn)題，包括：1光源的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度2信道串?dāng)_3色散4非

35、線性效應(yīng)5光放大器引入的傳輸損傷1光源技術(shù)WDM 系統(tǒng)中的光源技術(shù)包括兩方面的內(nèi)容，一是如何保證光元器件發(fā)出的波長(zhǎng)的穩(wěn)定度和精準(zhǔn)度，而是如何實(shí)現(xiàn)以較低本錢的方式靈活實(shí)現(xiàn)滿足 G.694 標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)波長(zhǎng)。4 對(duì) WDM 系統(tǒng)采用的光源技術(shù)主要有：波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器波長(zhǎng)可調(diào)諧濾波器高精度光源外調(diào)制技術(shù)2波分復(fù)用器/解復(fù)用器光波分復(fù)用/解復(fù)用器WDM/DWDM是波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。其功能是將多個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)復(fù)合后送入同一根光纖中傳送波分復(fù)用器或?qū)⒃谝桓饫w中傳送的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分解后送入不同的接收機(jī)解復(fù)用器。波分復(fù)用器和解復(fù)用器也分別被稱為合波器和分波器，是一種與波長(zhǎng)有關(guān)的光纖耦合器。光

36、波分復(fù)用器/解復(fù)用器性能的優(yōu)劣對(duì)于 WDM 系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性的影響。根據(jù)制造工藝和技術(shù)特點(diǎn)，波分復(fù)用器/解復(fù)用器件大致有熔錐光纖型、干預(yù)濾波器型、光柵型和集成光波導(dǎo)型等幾種類型。3光轉(zhuǎn)發(fā)器OTU根據(jù)光接口的兼容性可以分成開(kāi)放式和集成式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集成式系統(tǒng)要求接入光接口滿足 DWDM 光接口標(biāo)準(zhǔn)即 ITU-T G.692 波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放式系統(tǒng)在波分復(fù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 16 頁(yè)用器前參加了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器OTU，將 SDH 光接口即 ITU-TG.957轉(zhuǎn)換成符合ITU-TG.692 規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)。OTU 的根本功能是完成 G.957 到 G.692 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，使得包括 SDH 在內(nèi)

37、的各類不具備 WDM 標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的光纖通信系統(tǒng)能夠接入 WDM系統(tǒng)，另外，OTU 還可以根據(jù)需要增加定時(shí)再生的功能。SDH系統(tǒng)DWDM系統(tǒng)O/EE/O定時(shí)再生G957G692OTU圖 2.7OUT 應(yīng)用例如4光纖傳輸技術(shù)WDM 系統(tǒng)中的光纖傳輸技術(shù)與一般的光纖通信系統(tǒng)相比，由于存在傳輸速率高和信道數(shù)量多等特點(diǎn)，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補(bǔ)償技術(shù)和色散均衡技術(shù)等。5光放大器增益箝制技術(shù)WDM 系統(tǒng)中，個(gè)別波長(zhǎng)通道的故障或者波長(zhǎng)上下路等網(wǎng)絡(luò)配置的更改，都會(huì)引起光纖鏈路中實(shí)際傳輸波長(zhǎng)數(shù)量的變化，光功率也隨之變化。為了保證每個(gè)波長(zhǎng)通道的輸出功率穩(wěn)定，光放大器的增益應(yīng)能隨實(shí)際應(yīng)用的波長(zhǎng)數(shù)

38、進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，即需要光放大器的泵浦源輸出功率能夠隨著輸入信號(hào)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。光放大器的增益箝制技術(shù)就是指當(dāng)輸入功率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，光放大器的增益隨之變化并使得其他波長(zhǎng)通道的輸出功率保持溫度的技術(shù)。光放大器的增益箝制實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要包括總功率控制法、飽和波長(zhǎng)法、載波調(diào)制法和全光增益箝制法等。6光監(jiān)控信道技術(shù)在使用光放大器作為中繼器的 WDM 系統(tǒng)中，由于光放大器中不提供業(yè)務(wù)信號(hào)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 17 頁(yè)上下，同時(shí)在業(yè)務(wù)信號(hào)的開(kāi)銷位置中如 SDH 的幀結(jié)構(gòu)也沒(méi)有對(duì)光放大器進(jìn)行監(jiān)控的冗余字節(jié)，因此缺少能夠?qū)夥糯笃饕约胺糯笾欣^信號(hào)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的手段。此外，對(duì) WDM 系統(tǒng)的其他各個(gè)組成

39、部件的故障告警、故障定位、運(yùn)行中的質(zhì)量監(jiān)控、線路中斷時(shí)備用線路的監(jiān)控等也需要冗余控制信息。為了解決這一問(wèn)題，WDM 系統(tǒng)中通常采用的是業(yè)務(wù)以外的一個(gè)新波長(zhǎng)上傳送專用監(jiān)控信號(hào)，即設(shè)置光監(jiān)控信道OSC。光監(jiān)控信道的設(shè)置一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：1OSC 的波長(zhǎng)不應(yīng)與光放大器的泵浦波長(zhǎng)重疊；2OSC 不應(yīng)限制兩線路放大器之間的距離；3OSC 提供的控制信息不收光放大器的限制，即線路放大器失效時(shí)監(jiān)控信道應(yīng)盡可能可用；4OSC 傳輸應(yīng)該是分段的，且具有均衡放大、識(shí)別再生、定時(shí)功能和雙向傳輸功能，在每個(gè)光放大器中繼站上，信息能被正確的接收下來(lái)；5只考慮在兩根光纖上傳輸?shù)碾p向系統(tǒng)，允許 OSC 在雙向傳輸，以

40、便假設(shè)其中一根光纖被切斷后，監(jiān)控信息仍然能被線路終端接受到目前常用的光監(jiān)控信道設(shè)置方案有帶外波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù)和帶內(nèi)波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù)兩種。圖 2.8 帶外波長(zhǎng)監(jiān)控示意圖2.3.WDM 系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)對(duì) EDFA 的要求的要求WDM 技術(shù)利用光纖的寬帶特性，提高了光纖的傳輸效率，是長(zhǎng)距離光纖干線通信系統(tǒng)擴(kuò)容的行之有效的方法。與摻鉺光纖放大器EDFA結(jié)合使用，WDM 技術(shù)的 2048kbit/sEDFAPDLD課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 18 頁(yè)優(yōu)越性更加明顯。使用光纖放大器可將原來(lái)的電光電中繼改為全光中繼，使中繼過(guò)程大大簡(jiǎn)化，而且系統(tǒng)的“透明度也大為增加即當(dāng)變換碼速率、增加信道數(shù)或變換傳輸體制時(shí)，只需更換首尾端機(jī)，無(wú)

41、需變更中繼放大器，因而在長(zhǎng)途干線中具有廣闊的應(yīng)用前景。在 WDM 長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中,EDFA 對(duì)擴(kuò)大系統(tǒng)的傳輸能力有強(qiáng)大的促進(jìn)作用。EDFA 在波長(zhǎng)為 980nm 或 1480nm 的光功率泵浦下,EDFA 能在寬度為 35nm 的范圍內(nèi)(波長(zhǎng) 1530nm1565nm)提供 40dB 高增益、100mW 高輸出功率和 4dB 低噪聲系數(shù)的性能。盡管如此,這種 EDFA 卻不一定非常適合于 WDM 長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。因?yàn)?WDM 系統(tǒng)對(duì) EDFA 除了要求其高增益、低噪聲外,對(duì) EDFA 全部帶寬內(nèi)提供的增益平坦化特性要求格外嚴(yán)格。如果 EDFA 的增益不平坦,當(dāng) WDM 系統(tǒng)中的假設(shè)干個(gè)不同波

42、長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)經(jīng)多個(gè) EDFA 級(jí)聯(lián)放大傳輸時(shí),接收機(jī)各個(gè)信道收到的光功率和信噪比(SNR)便各不相同。這種非均衡性對(duì)系統(tǒng)的性能非常有害,往往會(huì)使各路之間發(fā)生串?dāng)_,其具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1） 接收到的非均衡功率最終會(huì)使有些信道的接收光功率超過(guò)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍;2） SNR 不均衡最終會(huì)導(dǎo)致某些波長(zhǎng)信道的誤碼率(BER)高于指定值;3） 接收到的最小信號(hào)功率可能低于接收機(jī)的靈敏度。因此,在 WDM 系統(tǒng)中,要求 EDFA 的帶內(nèi)增益平坦度小于 1.0dB。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 0 頁(yè)3. EDFA 在在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用仿真分析系統(tǒng)中的應(yīng)用仿真分析3.1.OptiSystem 軟件簡(jiǎn)介軟件簡(jiǎn)介

43、隨著光纖通信系統(tǒng)日新月異的開(kāi)展，光通信系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。現(xiàn)行的光纖通信系統(tǒng)通常包括眾多非線性器件和非高斯噪聲源，對(duì)這樣的光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析是非常復(fù)雜的，需要消耗極其多的時(shí)間。因此，人工或者單純依靠經(jīng)驗(yàn)計(jì)算設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越顯得力不從心。在這背景下，這些設(shè)計(jì)和分析任務(wù)被高效、有效、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件執(zhí)行已成為必然的趨勢(shì)。OptiSystem 就此營(yíng)運(yùn)而生。OptiSystem 是一款創(chuàng)新的光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件，它集成了設(shè)計(jì)、測(cè)試和優(yōu)化各種光網(wǎng)絡(luò)物理層等諸多功能，從模擬視頻播送系統(tǒng)到洲際骨干光纖鏈路的設(shè)計(jì)均可以使用 OptiSystem 進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試、優(yōu)化。OptiSyste

44、m 作為一款獨(dú)立的產(chǎn)品，不依賴于其他模擬框架。它是一款基于現(xiàn)實(shí)光纖通信系統(tǒng)模型的系統(tǒng)級(jí)仿真軟件。它擁有強(qiáng)大的新的模擬環(huán)境、真正的分層結(jié)構(gòu)定義組件。它允許添加用戶自定義組件，具備良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性，可以實(shí)現(xiàn)與其他仿真軟件比方 Matlab 的無(wú)縫銜接。OptiSystem 具備全面的用戶圖形界面GUI,Graphical User Interface,可以靈活控制光學(xué)元件的布局、網(wǎng)表、組件模型、演示圖形等。擁有豐富的元件庫(kù)，其中包含大量的有源和無(wú)源器件，可以滿足一般情況下系統(tǒng)仿真的需求。并且相關(guān)器件均包括實(shí)際的、波長(zhǎng)相關(guān)的參數(shù)。參數(shù)的掃描和優(yōu)化允許用戶研究特定的器件技術(shù)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3.2.EDFA 在在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用研究系統(tǒng)中的應(yīng)用研究EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的作為線路放大的方針電路圖如下：課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 1 頁(yè)圖 3.1 EDFA 在 WDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用用偽隨機(jī)發(fā)生器作為信號(hào)源，記過(guò)非歸零脈沖發(fā)生器，在通過(guò) M-Z 調(diào)制器調(diào)制，進(jìn)入復(fù)用器將兩路信號(hào)合并。在通過(guò)循環(huán)控制電路，進(jìn)入分波器。實(shí)現(xiàn)電路的波分復(fù)用。其中摻鉺光纖放大器后為色散補(bǔ)償光纖，對(duì)線路中的色散進(jìn)行補(bǔ)償，延長(zhǎng)傳輸距離，降低色散對(duì)光纖中信號(hào)的影響，保證信號(hào)有效傳輸