毕业论文：光纤放大器在光通信的应用

关键词泵浦噪声系数基态信号增益频谱带宽光纤放大器光通信功率放大器前置放大器第章引言无线光通信是以激光作为信息载体，是种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。

与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强保密性好，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便迅速。

它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。

但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。

空气中的散射粒子，会使光线在空问时间和角度上产生不同程度的偏差。

大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。

大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。

随着光纤放大器的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。

第二章的原理及结构掺铒光纤放大器具有增益高噪声低频带宽输出功率高连接损耗低和偏振不敏感等优点，直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。

的原理的泵浦过程需要使用三能级系统，如图所示。

在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的离子抽运到激发态，处于激发态的离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。

由于离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。

当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。

离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射，它造成的噪声。

的结构典型的结构主要由掺铒光纤泵浦光源耦合器隔离器等组成。

掺铒光纤是的核心部件。

它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子，在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大增强光隔离器的作用是抑制光反射，以确保放大器工作稳定，它必须是插入损耗低，与偏振无关，隔离度掺铒光纤的最佳长度。

当过短时，由于对泵浦吸收的不充分而导致增益降低而当过长时，由于泵浦光在内被铒离子吸收，泵浦功率逐渐下降，当功率降至泵浦阈值以下时，就不能形成粒子数反转，此时，这部分不仅对信号光无放大作用，反而吸收了已放大的部分信号，造成增益的下降，同时也会引起噪声系数的增大。

如果需要更高的光功率输出，几十瓦甚至上百瓦，可考虑更高级联的方法，因为随着增益的增大，泵浦源由于转换效率的问题，功率需求会很高，所需的单级长度也会大大增长，这样的工作条件往往不易达到，且稳定性不强，采用更高级联可以将增益划分到多级，易于实现和控制，光模块的整体增益特性也有较大提高。

第四章光纤放大器的其它应用光纤放大器与其他放大器比较，具有输出功率大增益高工作带宽宽与偏振无关噪声指数低放大特性与系统比特率数据格式无关等特点，它已成为新代光通信系统的关键器件之。

掺铒光纤放大器用在系统发射机输出短，提高发送功率，延长传输距离用在光纤传输链路中，补偿光能量的损失，可增加传输距离用在光接收机前，对信号进行预防大，可提高光接收机灵敏度。

应用范围包括干线高速光通信系统海缆系统本地网用户接入网光纤等工程。

功率放大器掺铒光纤放大器作为功率放大器有许多特殊功能是电子线路放大器所不能比拟的，分述如下掺铒光纤放大器可用作数字模拟以及相干光通信的功率放大器。

即如果线路上已采用掺铒光纤放大器做功率放大器，那么，不管它需要传输数字信号还是传输模拟信号，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。

掺铒光纤放大器可传输不同的码率。

如果需要扩容，由低码率改变为高码率时，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。

掺铒光纤放大器做功率放大器，可在不改变原有噪声特性和误码率的前提下，直接放大数字模拟活二者混合的数据格式，特别适合光纤传输网络升级。

实现语音图像数据同网传输，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。

④个掺铒光纤放大器可同时传输若干波长的光信号，即用光波复用扩容时，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。

个掺铒光纤放大器可同时传输若干波长的光信号，即用光波复用扩容时，不必改变掺铒光纤放大器线路设备。

实践证明，使用掺铒光纤放大器的光纤干线传输，经过近千公里的传输后的误码率人能达到。

如果采用饱和功率为的放大器，可是实现无中继通信。

如果有必要，还可将中继距离延长更远。

前置放大器把掺铒光纤放大器置于光接收机关监测器前面。

来自光纤的光信号经掺铒光纤放大器放大后再由光检测器检测。

由于掺铒光纤放大器的信噪比由于电子放大器，所以用掺铒光纤放大器作预放大器的光接收机具有较高的灵敏度，其灵敏度甚至不亚于相干光接收机的。

各类接收机灵敏度示于图。

线路放大器线路放大器的显著优点是增益高，通常大于。

由于可以级联使用，特别适合海底远程通信和陆地超长距离传输使用。

把掺铒光纤放大器至于光纤传输线路中，将已被衰减了的小信号进行放大，可以大大延长传输距离，也成为中继放大器。

使用线路放大器必须解决远程监控问题，国际标准化组织已制定出多种监控标准，可以按照标准进行远程监控。

用户接入网中的光纤放大器光纤放大器在用户接入网中也占有重要地位。

在光纤用户网中，虽然用户系统的距离较短，但是用户网的分子太多，光线干线中的光信号功率要进行众多的分配，甚至是多级进行分配。

这样来被分配到每个分支获得光信号就相当的弱，不能保证用户的终端设备的接收质量。

为此，需要将光信号进行放大，这就需要光纤放大器。

图光输出端光输入端控制单元监控接口将光纤放大器置于光发射机后端，以提高入纤的光功率，使整个线路系统的光功率得到提高，以满足各级需要，这就要用到光纤功率放大器。

在用户网中，当用户系统距离过长时需要使用线路放大器为了提高各支路的光功率分配数量，也要使用这类放大器。

总之，光线放大器在用户接入网中主要是提高光信号的功率，即可以补偿光耦合器灯光器件所造成的光损耗，又可以大大提高用户数量以及复用密度，对降低用户网建设成本也会起到很大作用。

光纤中的放大器对于光纤同轴混合结构的多种系统并存的网络，掺铒光纤放大器日益抽到重视，尤其是前端集中的系统，点对多点的光波式结构和长距离的干线传输系统更是如此。

对于设计者最常用的树形分配网络中，系统的效率是由每个用户成本所决定的。

因此，采用掺铒光纤放大器提高光功率可以在原有发射设备基础上，为更多的用户服务，从而降低发射机单位毫瓦的造价。

另外，在近几年来，包含有掺铒光纤放大器的光发射设备可以最廉价的实现光纤到路边和光纤到大楼。

总而言之，在光纤干线传输和功率分配系统以及逐步实现语音图像数据通路传输的三网合，为最终实现宽带的综合服务数字网，掺铒光纤放大器将发挥不可估量的作用。

如上所述，掺铒光纤放大器在光纤中的应用示于图。

在这三种用途中，当前主要作为功率放大器和线路放大器，其目的是补偿光纤传输损耗或用作补偿光分路器的分支损耗。

在系统中，功率放大器可以将发射机的输出功率从提高到。

台光接收机需要的接受光功率为，那么不加台发射机只能带台接收机，极不合算。

使用后，发射机光功率提高到，套发射机系统可以带个接收机，使昂贵的发射系统有更多的用户共享，使每用户成本降低。

下面举例说明设想有网需要个光接收机，发射机输出光功率为价格为万元，则需要台发射机，发射设备总价格万元网络结构如图用系统需要发射机，发射光功率价格万元台，输出光功率为的台价格万元，则发射设备总价格网络结构如图两者相差万元，发射系统的成本仅为发射系统的。

由于光缆在波段的衰耗只有波段的，因此在发射系统具有相同的发射总功率的情况下，波段的发射设备比的设备能传输更长的距离，带更多的光接收机。

从以上实例可以看出，应用的波段的系统具有明显的性能价格比优势，是目前发展的主流。

功率放大器是在系统的前段将发射机的输出光放大后再进行分配，以供各方向的光纤干线传输用。

功率放大器于功率分配器也可考虑做成两端重复使用。

从原理前短处奖光纤干线分支时，可在分支前面接入掺铒光纤放大器，作为线路放大器，以补偿分支损耗。

前置放大器光纤光纤光分支功率放大器线路放大器光分支图掺饵光纤放大器在中的运用在密集型波分复用系统中的应用由于具有的工作带宽，它可以同时放大多个波长不同的光信号，因此它可以十分方便的应用于系统中，补偿各种光衰耗。

应用由系统如图所示。

图掺饵光纤放大器结构光输出端光输入端控制单元监控接口第五章结语本文讨论了光纤放大器的各种用途采用级联的方法，实现了光信号的增益，满足无线光通信光功率传播的要求，使得光信号能在大气信道进行远距离，高稳定性传输。

提出了需改进的问题，为今后研究的进步开展指出了方向。

同时本科第部分简单介绍了光纤放大器的其他应用，充分说明光纤放大器在通信工程起着不可替代的作用，为了进步学习了解光纤放大器打下坚实的基础参考文献刘增基周洋益光纤通信西安电子科技大学出版社，冯传岗，掺铒光纤放大器在网络中的应用世界宽带网络，邹显春，何俊梅，周彦晖。

周基于主动网络管理模型研究计算机科学，王亮。

低轨卫星网络中基于动态位置区域的移动管理策略研究杭州浙江工业大学，马晓明。

两段级联掺铒光纤放大器的最佳光纤长度。

激光杂志范国良。

无线光通信技术及其应用中国无限电，林风华，彭俊珍。

掺铒光纤放大器特征与技术介绍科技创业月刊，林国华，反馈神经网络卷积码解码在光纤通信中的研究现代电子科技，致谢研究及学位论文是在我的导师蒲老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

蒲老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向蒲老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

我还要感谢在起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服个个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长同学朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意，最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们，最后，再次对关心帮助我的老师和同学表示衷