毕业论文：掺铒光纤放大器的原理与应用

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及电光变换，即变换。

有了光放大器后就可直接实现光信号放大。

光放大器主要有种光纤放大器拉曼放大器以及半导体光放大器。

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。

每种掺杂剂的增益带宽是不同的。

掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖频带掺铥光纤放大器的增益带是波段掺镨光纤放大器的增益带在附近。

而喇曼光放大器则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，如使得成本高，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行光信号放大，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。

在光通信技术的发展进程中，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，从而可实现比特率及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与无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用技术的珠联璧合，奠定了高速大容量光通信系统与网络大规模应用的基础。

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。

半导体光放大器半导体光放大器的结构半导体光放大器是种把发光器件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范围超过，这是半导体光放大器的个突出特点。

半导体光放大器由有源区和无源区构成，有源区为增益区，使用这样的半导体材料制作，与半导体激光器的主要不同之处是带抗反射涂层，以防止放大器端面的反射，排除共振器功效。

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则的，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张应力，以增大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，如张应变量子阱结构应变补偿结构同时采用张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基本结构图。

有源区采用混合应变量子阱结构，即个压应变量子阱，个张应变量子阱，压应变和张应变量子阱之间用与晶格匹配的宽的垒层隔开上下波导层分别为波长的匹配材料包层为型，接触层为重型掺杂材料，材料的外延法生长过程中，型掺杂源为硅烷，型掺杂源为二甲基锌材料生长完成后，采用标准的光刻反应离子刻蚀湿法腐蚀蒸发溅射等工艺制作脊型波导结构。

无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用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，实际上是种光向另种光转换的过程。

电致发信号，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。

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。

线路放大器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。

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。

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无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用控标准，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。

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。

掺铒光纤放大器在密集波分复用系统中的应用主要是补偿传输中的光纤损耗，根据放大器在系统中的位置及作用，可以分成以下三种类型功率放大器，处于合波器之后，用于对合波以后的多个波长信号进行功率提升，然后再进行传输，由于合波后的信号功率般都比较大，所以，对功率放大器的噪声指数增益要求并不是很高，但要求放大后，有比较大的输出功率。

线路放大器，处于功率放大器之后，用于周期性地补偿线路传输损耗，般要求比较小的噪声指数，较大的输出光功率。

前置放大器，处于分波器之前，线路放大器之后，用于信号放大，提高接收机的灵敏度在光信噪比满足要求情况下，较大的输入功率可以压制接收机本身的噪声，提高接收灵敏度，要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。

无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用中对的主要性能要求为了满足在密集波分复用系统中应用的要求，掺铒光纤放大器的性能和功能上有其特殊的要求，光信号传输后最重要的个指标是光信噪比。

掺铒光纤放大器除了放大输入的光信号之外，还产生噪声，可以等效成个理想的增益为的放大器，和个功率为的噪声源相叠加。

对于个个放大器的级联系统，每级放大器将前级的噪声放大倍，同时叠加上本身产生的噪声，噪声逐级积累，于是，光信噪比将逐级劣化。

光信噪比定义可以看出，可以通过提高每个信道的光功率即提高掺铒光纤放大器的总输出功率来提高光信噪比，也可以通过降低放大了大自发辐射噪声噪声来提高光信噪比对于个段光纤的系统，有个光放大器级联，假设每级放大器都样，每段光纤损耗都等于放大器的增益，那么，终端的放大了的自发辐射噪声可以看出随放大器的级数线性增长，而光纤的损耗是随着光纤长度增长呈指数增长，根据假设，放大器的增益正好补偿光纤损耗，可以得出以下结论不变时，降低中继长度即降低掺铒光纤放大器增益，增加中继个数即增加掺铒光纤放大器级联个数，要比增加中继长度，减少中继个数传输更远的距离。

换个角度说，传输距离相同的情况下，降低中继长度，增加中继个数，要比增加中继长度，减少中继个数时有较小的，即提高了接收端光信噪比。

另外，在系统设计中，除了选择中继距离外，选用噪声指数小的掺铒光纤放大器也是提高光信噪比的种有效的方法。

在密集波分复用系统中为了容纳更多的信道，提高系统容量，有两种方法种是降低信道的间隔另种是拓展掺铒光纤放大器的工作波长范围。

在拓展工作波长范围的同时，还必须保证在工作波长范围增益平坦，因为掺铒光纤放大器是级联使用的，每级小的不平坦，在多级级联后，就会变得很不平坦，造成在线路终端的各个信道功率差别太大。

掺铒光纤放大器的增益特性是小输入光信号增益大，大输入光信号时增益小，在密集波分复用系统中，如果不对线路光纤放大器的增益进行控制的话，那么，在输入信道少时小输入光信号的增益要比输入信道多时大输入光信号增益大，这会造成输入信道少时，每个信道输出功率大，在极端情况下，只有个输入信道，那么，就有可能造成输出光信号足够大，在光纤传输中产生非线性无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用失真。

因此，线路放大器必须具有增益锁定功能，保证在输入是大信号和小信号时，增益都是样的，即每个信道的输出光功率在输入信道增减时都保持恒定。

无锡科技职业学院毕业设计论文掺铒光纤放大器的原理与应用第四章总结光纤通信已成为当今信息社会不可缺少的神经系统，而光源作为光纤通信系统的核心技术，其