摻鉺光纖放大器的智能化設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、摻鉺光纖放大器(erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的研究及實(shí)用化,極大地促進(jìn)了光通信技術(shù)的發(fā)展。EDFA在密集波分復(fù)用(dense wavelength division multiplexing, DWDM)光通信系統(tǒng)和光纖有線電視(Community Antenna Television, CATV)系統(tǒng)中都有著廣泛地應(yīng)用。摻鉺光纖放大器直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大,無需進(jìn)行光電光變換,且具有輸出功率大、

2、增益高、工作頻帶寬、與偏振無關(guān)、噪聲指數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率、數(shù)據(jù)格式無關(guān)等特點(diǎn),已成為現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的重要器件之一。目前,實(shí)際中應(yīng)用的EDFA有很多種。從功能上分,主要包括傳統(tǒng)技術(shù)的EDFA和具有自適應(yīng)功能的EDFA。在EDFA傳統(tǒng)技術(shù)中,研究比較多而且比較成熟的是根據(jù)輸出光信號(hào)功率改變放大器的泵浦參數(shù)從而調(diào)節(jié)放大器增益的自動(dòng)增益控制技術(shù)(AGC)。AGC技術(shù)無法根據(jù)輸入光信號(hào)功率而選擇各項(xiàng)最佳的工作參數(shù),很難適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。

3、EDFA的自適應(yīng)技術(shù)是指EDFA具備一定的智能,可根據(jù)外界條件(輸入光信號(hào)功率或輸出光信號(hào)功率等),調(diào)整自身的工作參數(shù)使放大器的性能最優(yōu),可適用于不同的場(chǎng)合。已有的自適應(yīng)技術(shù)研究,包括調(diào)節(jié)鉺纖長(zhǎng)度,或者采用多級(jí)泵浦功率控制等。在采用調(diào)節(jié)鉺纖長(zhǎng)度的技術(shù)中,對(duì)于不同的輸入光信號(hào)選擇的鉺纖長(zhǎng)度是不同的,但是鉺纖不被重復(fù)利用,因此需要大量的鉺纖,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且成本高昂。而采用多級(jí)泵浦功率控制的技術(shù),則比較難達(dá)到很好的自適應(yīng)性能。本文通過改進(jìn)已有E

4、DFA技術(shù)中的不足,基于鉺纖的研究得到了EDFA智能化優(yōu)化技術(shù)方案。該摻鉺光纖放大器的關(guān)鍵技術(shù)是通過若干個(gè)1×2的光開關(guān)將若干段相同或不同長(zhǎng)度的鉺纖串接起來,控制這些1×2的光開關(guān)選擇對(duì)于不同輸入光信號(hào)功率所需要的最佳鉺纖長(zhǎng)度,結(jié)合泵浦功率的調(diào)節(jié),可以得到需要的增益和輸出光信號(hào)功率。實(shí)驗(yàn)根據(jù)不同的輸入光信號(hào)功率,對(duì)鉺纖長(zhǎng)度和泵浦功率優(yōu)化,從而確定和設(shè)計(jì)放大器的各項(xiàng)最佳參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文中提出的EDFA有較好的性能,能夠自適應(yīng)用于光纖

5、系統(tǒng)的前置放大、線路放大、功率放大,同時(shí)還帶來結(jié)構(gòu)和性能價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。該EDFA智能優(yōu)化技術(shù)方案不僅可以適用于光纖CATV系統(tǒng),也同樣適用于波分復(fù)用的光通信系統(tǒng)。本文第一章全面地介紹了在光通信領(lǐng)域中應(yīng)用的各種光放大器,重點(diǎn)講述了EDFA的發(fā)展歷史和近年來EDFA的研究進(jìn)展,講述了光放大器的背景及摻鉺光纖放大器在光纖通信中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。第二章闡述了EDFA的理論基礎(chǔ)。詳細(xì)分析了EDFA的理論模型和影響EDFA性能的參數(shù),闡述了EDFA的光放

6、大原理和特性指標(biāo),并列舉了現(xiàn)有的各種計(jì)算光纖放大器的理論模型,重點(diǎn)研究了應(yīng)用最為廣泛的Saleh和Giles模型。這些理論很好的為EDFA研究方向奠定了基礎(chǔ)。第三章講述了新型EDFA的設(shè)計(jì)方案,提出了具體的實(shí)現(xiàn)方案。該摻鉺光纖放大器的關(guān)鍵技術(shù)是通過對(duì)鉺纖長(zhǎng)度和泵浦功率優(yōu)化,若干個(gè)1×2的光開關(guān)將若干段相同或不同長(zhǎng)度的鉺纖串接起來,控制這些1×2的光開關(guān)選擇對(duì)于不同輸入光信號(hào)功率所需要的最佳鉺纖長(zhǎng)度,結(jié)合泵浦功率的調(diào)節(jié),可以得到需要的增益

7、和輸出光信號(hào)功率。在智能EDFA光模塊設(shè)計(jì)的過程中,EDFA的增益、噪聲指數(shù)以及增益譜是優(yōu)化時(shí)的主要控制指標(biāo)。對(duì)給定的輸入光信號(hào)功率,摻鉺光纖存在一個(gè)最佳長(zhǎng)度范圍,輸入光信號(hào)功率不同長(zhǎng)度則不同；對(duì)泵浦功率的仿真也有類似的結(jié)論。以此為依據(jù),提出了一種新的智能EDFA結(jié)構(gòu)。第四章介紹了EDFA的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)其中包括軟件與硬件設(shè)計(jì)。軟硬件設(shè)計(jì)是EDFA的關(guān)鍵技術(shù)之一,給出了溫度自動(dòng)控制與功率自動(dòng)控制的電路以及軟件實(shí)現(xiàn)方法。設(shè)計(jì)的主要目的完成對(duì)ED