EDFA放大器+WDM系统设计课程设计


    



    EDFA放器+WDM系统设计








    班 级:
    通信班
    姓 名:

    学 号:

    成 绩:


    电子信息工程学院
    信息通信工程系









    EDFA放器+WDM系统设计
    前言
    光纤通信光信息载体光纤作传输介质种传输方式首先发射端需传送电话电报图数等信号进行光电转换电信号变成光信号光纤传输接收端接收端接收光信号转变成电信号原成原信号现光纤传递信息已成非常重信息传递方式光纤通信系统中光放非常重环节光放器微弱光信号直接进行光放器件出现光纤通信技术产生质飞跃光波分复(WDM)技术迅速成熟商时未全光通信网奠定扎实基础成现代未光纤通信系统中少重器件 年包括线电视光纤通信系统光纤干线普光纤干线普适应通信容量扩远距离传输光纤网络高功化需波分复(WDM)技术新发展WDM系统中力关键技术光纤放器实化通信系统中早期铺设光纤条件限制利 1 条光纤传 高速信号较复杂利 25Gbps×4 四波 WDM 传输容易实现 90 年代期起 WDM发展推动 EDFA 进步
    1 光纤通信系统
    光纤通信系统分三基单元:光发射机光纤光接收机
    构成示意图图11示

    图11 光纤通信系统构成示意图
    光发射机带信息电信号转换成光信号转换装置光信号送入光纤传输装置组成光源核心器件半导体发光二极LED着激光二极LD构成光纤实系统中般光缆形式存光接收机光检测器放电路信号恢复电路组成光发射机光接收机称光端机光纤通信系统中包括量源源器件连接器起着种设备光纤间连接作光耦合器需传输光分路合路场合光放器起着光波放作弥补光信号传输定距离光纤衰减产生光功率减弱
    2 掺杂光纤放器
    21 放器
    光放器微弱光信号直接进行光放器件光信号光纤传输定距离会光纤衰减特性减弱传输距离受限制光纤通信早起光——电——光生中继器需进行光电转换电放定时脉整形电光转换光纤网络中许光发送器特率格式光发送许接收器时法传统中继器产生光放器需
    传统中继器较起具两明显优势:
    1 特率格式信号加放光放器特率格式信号格式透明
    2 单信号波长定波长范围干信号放
    22 放器工作原理
    光放器基受激辐射机理实现入射光功率放工作原理图21示

    图21 光放器工作原理图
    图中激活介质种稀土掺杂光纤吸收泵浦源提供量电子跳高级产生粒子数反转输入信号光子通受激辐射程已激活电子跃迁较低级产生放信号
    23 掺杂光纤放器
    掺杂光纤放器利光纤中掺杂稀土引起增益机制实现光放光纤通信系统适合掺杂光纤放器工作波长1550nm掺杂光纤放器工作波长1300nm掺杂光纤放器
    231 EDFA结构
    掺铒光纤放器EDFA利掺铒光纤作增益介质激光器二极发出泵浦光信号光进行放器件掺铒光纤放器结构图22示

    图22 掺铒光纤放器结构图
    掺铒光纤EDFA核心部件石英光纤作基质纤芯中掺入固体激光工作物质——铒粒子米十米掺铒光纤光物质相互作放增强
    掺铒光纤模场直径36常规光纤916提高信号光泵浦光量密度提高相互作效率掺铒光纤纤芯径减少常规光纤模场匹配产生较反射链接损耗解决方法光纤中掺入少许氟元素折射率降低增模场半径达常规光纤匹配程度
    实现更效放制作掺铒光纤时数铒离子集中纤芯中心区域光纤中认信号光泵浦光光场似高斯分布纤芯轴线光强强铒离子轴区域光物质充分作提高量转换效率
    典型掺铒光纤放器部分组成:
    1 泵浦源:EDFA核心部件光信号放提供足够量实现增益介质粒子数反转必条件泵浦源直接决定着EDFA性求输出功率高稳定性寿命长实EDFA泵浦源半导体激光二极泵浦波长980nm1480nm两种应较980nm泵浦源优点噪声低泵浦功率高
    2 波分复器:称波器功9801550nm14801550nm波长泵浦光信号光合路送入掺铒光纤求插入损耗光偏振敏感
    3 光隔离器:广德传输具单性防止光反射回原器件种反射会增加放器噪声降低放效率
    4 光滤波器:滤掉工作带宽外光放器中噪声提高系统信噪
    232 EDFA工作原理
    EDFA工作机理基受激辐射实现受激辐射需产生级2级1间粒子数反转需泵浦源铒离子级1激发级2
    两种波长泵浦源满足求:
    1 980nm波长泵浦源:粒子级1跃迁级3停留短暂1辐射降级2级2停留10粒子源源断进入级2曹成级2粒子数远级1粒子数实现级12粒子数反转信号激励铒离子级2回级1释放量输入光波相方相位波长放光波少数粒子发辐射回级1产生发辐射噪声特性变化放
    2 1480nm波长泵浦源:直接铒离子级1跃迁级2实现粒子数反转样输入光激励2回1释放光特性输入光相放
    233 EDFA增益坦性
    增益坦性指增益波长关系希EDFA应该需工作波长范围具较坦增益特WDM系统中时求信道波长具相放倍数作EDFA核心部件——掺铒光纤增益坦性理想
    获较坦增益特性增EDFA带宽两种方法采:
    1 采新型宽谱带掺杂光纤
    2 掺铒光纤链路放置均衡滤波器
    3 波分复技术(WDM)
    采单波长光载波传统电时分复(TDM)相结合技术然目前传输速率达40Gbs水受电子迁移速率限制进步提高传输速率已十分困难单波长传输波长应光网络时需构建新光纤路限制单波长光纤传输系统发展应
    避开限制两种方法:
    1 采波分复WDM技术通波长复增加单根光纤中传输信道数提高光纤传输容量
    2 采光时分复OTDM技术通光时分复技术提高单信道传输速率达增加通信容量目
    目前采WDM技术实现高速率已达11TbsOTDM技术实验室实现单信道高速率已达640Gbs
    31 WDM工作原理
    WDM技术光波作载波根光纤时传输波长光载波信号技术波长光波单独携带语音数图信号WDM技术单根光纤传输容量获倍增WDM传输系统工作原理图31示

    图31 WDM传输系统工作原理图
    发送端n光发射机分工作n波长n波长间适间隔分隔分记n光波作载波分信号调制携带信息波分复器波长光载波信号进行合耦合入单模光纤接受部分解复器波长光载波信号分开送入接收机进行检测
    长波长波段光纤两低损耗传输窗口1310nm1550nm窗口两窗口波长范围分12701350nm14801600nm分应着80nm120nm谱宽范围目前光纤通信系统中高质量1550nm光源调制输出谱线宽度超02nm考虑老化温度引起波长漂移出约0416nm谱宽裕量应合理
    32 WDM系统基组成
    WDM系统必须工作波长激光器够波长光信号进行合选择分路波分复器解复器解复光信号进行光电检测光接收机便原出原始信号传输更长距离需够路光信号时进行放放器等
    WDM系统应光监控部分网络理部分
    WDM系统双纤单传输单纤双传输双纤单传输指根光纤完成方传输根光纤完成反方传输两方传输分两根光纤完成波长两方时利单纤双传输根光纤完成两方信号传输两方信号必须分配波长波长两方信号时利
    33WDM技术特点 
    1 充分利光纤巨带宽资源根光纤传输容量单波长传输增加倍十倍增加光纤传输容量降低成具应价值济价值 
    2 WDM技术中波长相互独立传输特性完全信号完成种信号综合分离实现媒体信号混合传输   
    3 许通信采全双式方式采WDM技术节省量线路投资
    4 WDM系统中光放器
    WDM系统中波长信号传输时中继器法工作否必须先解复波长进行中继处理样导致中继器非常庞复杂制约WDM技术发展重问题引入掺铒光纤放器EDFAEDFA光纤低损耗传输窗口1550nm附约35nm带宽范围具高增益光波信号时进行线放补偿信号光纤中历衰弱需进行光电电光转换信号传输速率透明解决WDM系统中信道信号放问题取代中继器
    WDM系统中应EDFA时必须注意三点:
    (1) 增益坦性
    EDFA放波长信号时具放特性波长进入EDFA时增益坦导致信号增益高信号增益低EDFA进行级联时种功率差会放仅信道接收机信噪样导致达接收机信号功率超出接收机动态范围接收机法工作
    种办法均衡种坦里介绍两种方法:
    1 预均衡:光发射机端预先信道功率设置成高低值放器中高增益信道功率设置成低功率反设置高功率
    2 EDFA模块中加入精心设计滤波器通带特性正补偿放器增益坦达坦放器增益目
    种WDM光放器核心部件够坦放器增益滤波器现阶段滤波器层介质薄膜滤波器光纤光栅滤波器种滤波器损耗特性通常固定变样EDFA系统中应时增益坦度然某工作条件保证外条件增益坦
    (2)功率暂态动增益控制
    实际系统中信道突然出现障掉路网络节点进行路时EDFA输入功率会突然增加减少导致EDFA增益发生暂态变化信道EDFA增益会减增终导致留光纤链路信道达接收机功率发生暂态变化做功率暂态
    防止功率暂态现象发生放器增益必须控制通常EDFAWDM系统中工作时模式三种:动增益控制模式动功率控制模式动电流控制模式工作动增益控制模式时增益恒定输入光功率改变控制电路根求增益调整泵浦电流EDFA然工作指定增益点
    (3) ASE噪声:
    EDFA级联应时级ASE噪声作信号真正信号起输入级EDFA放样ASE噪声累积起引起系统信噪恶化WDM系统中应时EDFA噪声指数必须
    5 心体会
    查找资料程中结合课解EDFA结构工作原理应WDM技术结构工作原理应WDM系统中利EDFA解决WDM系统中信道信号放问题EDFA技术成熟商化WDM技术迅速发展成现实次回顾课发现足书知识甚理解缺少技术相结合思想报告光纤通信新认识希机会光纤通信更深研究
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    贡献于2021-10-09

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