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掺饵光纤放大器物电学院08电子一班侯进：200840620110概论光纤通信中采用光纤来传输光信号，一般它受到两方面的限制:损耗和色散。
就损耗而言，目前光纤损耗的典型值在1.3μm波段为0.35dB/km，在1.55μm波段为0.20dB/km。
由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为50-100km. 90年代初期EDFA的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了深刻的变化。
一般，光放大器都由增益介质、泵源、输入输出耦合结构组成。
根据增益介质的不同，目前主要有两类放大器，一类采用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素的光纤。
掺稀土光放大器，是在光纤芯层中掺入极小浓度的稀土元素，如饵、谱或铥等离子制作出相应的掺饵、掺镨或掺铥光纤。
光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。
主要有: 掺铒光纤放大器（EDFA－Erbium Doped Fiber Amplifier）、掺镨光纤放大器 (PDFA- Praseodymium Doped Fiber Amplifier) 和掺铥光纤放大器 (TDFA- Thulium Doped Fiber Amplifier) 等；另一类基于光纤的非线性效应，利用光纤的非线性实现对信号光放大的一种激光放大器。
当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激喇曼散射(SRS- Stimulated Raman Scattering)或受激布里渊散射(SBS-Stimulated Brillouin Scattering)，形成对信号光的相干放大，如光纤喇曼放大器(FRA－Fiber Raman Amplifier)和光纤布里渊放大器(FBA- Fiber Brillouin Amplifier)。
本文仅对EDFA作相应的讨论。
一、铒离子的电子能级图----铒(E r)是一种稀土元素(属于镧系元素),原子序数是68,原子量为167.3。
-东海科学技术学院毕业论文（设计）题目：系：学生姓名：专业：班级：指导教师：起止日期：年月日掺铒光纤放大器（EDFA）的研究与应用摘要巨大的技术优势和容量潜力使光纤通信得到了迅猛发展，光放大器作为光通信系统中的关键器件之一，对光纤通信技术产生的影响，堪比电域中的放大器对电子和通信技术的影响，光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。
掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，掺铒光纤放大器及相关技术的迅速实用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产业化时代的到来，将在未来“信息高速公路”的建设中发挥重要作用。
本文首先介绍了光纤通信情况及EDFA 的发展状况和前景，并简要叙述了本文的主要任务，接着介绍了光放大器对光纤通信系统性能的影响及分析，然后介绍各类光放大器，进而深入剖析了EDFA工作机理，最后对EDFA 基于软件 OptiSystem进行了性能的仿真。
本文的重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理的前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性的系统电路图，然后对EDFA电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来研究分析EDFA的特性。
关键字：光纤通信；光放大器；EDFA；OptiSystemErbium-doped fiber amplifier (EDFA) Research andApplicationAbstractHuge technological advantage and capacity of optical fiber communication has been the potential to bring rapid development of optical amplifiers for optical communication systems one of the key devices for optical fiber communication technology impact, comparable to the amplifier power in the domain of electronic and communication technologies influence , the advent of optical amplifiers not only solved the attenuation of light transmission limit of optical signals, and in optical communication lead to a technological revolution, its performance will directly affect the capacity and quality of network traffic. Erbium-doped fiber amplifier is a very long time in future optical fiber communication system the most practical value to one of passive optical devices, erbium-doped fiber amplifiers and related technologies and commercialization of rapid practical marks for the support of a fiber amplifier of optical communication technology industry coming of age, will in the future "information highway" to play an important role in the building. This paper introduces the situation and EDFA optical fiber communication situation and prospects of development and a brief description of the main tasks of this article, and then to the optical amplifier on the performance of optical fiber communication systems and analysis, and then describes various types of optical amplifiers, and then analyzed in depth EDFA working mechanism, and finally carried out on the EDFA performance software-based OptiSystem simulation. This paper will focus on familiar EDFA optical zoom mechanism and working principle of the premise, the use of OptiSystem EDFA characteristics of the software system structure diagram, and then the data on the EDFA circuit simulation, and then be simulated map, to research and analysis through graphical characteristics of EDFA .Keywords: optical fiber communication；Optical Fiber Communication；EDFA；Optisystem目录第1章绪论 (1)1.1光纤通信概述 (1)1.2 EDFA的发展现状及前景 (1)1.3 本文的主要任务 (1)第2章光放大器对光纤通信系统性能影响的分析 (2)2.1光纤通信系统 (2)2.1.1光纤通信系统的分类 (2)2.1.2光纤通信系统的主要优点 (2)2.2 IM-DD系统的工作原理 (3)2.3光放大器对中继距离的影响分析 (6)第3章光放大器 (6)3.1 光放大器 (6)3.1.1光放大器的意义 (7)3.1.2光放大器的分类 (7)3.2 半导体光放大器 (7)3.3 光纤放大器 (8)3.3.1 掺稀土光纤放大器 (8)3.3.2 非线性光纤放大器 (8)3.4 EDFA的优势 (9)第4章EDFA的理论基础及应用研究 (10)4.1 EDFA光放大机理 (10)4.2 EDFA的工作原理 (11)4.3 EDFA结构和泵浦方式 (12)4.4 EDFA的主要应用 (13)4.5 EDFA的工作特性分析 (14)4.5.1 EDFA的主要工作特性参数 (14)4.5.2 EDFA性能的定性分析 (16)第5章基于OptiSystem的EDFA仿真 (18)5.1 OptiSystem介绍 (18)5.2 在掺铒光纤放大器上的瑞利散射效应研究 (18)5.3掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的优化研究 (24)小结 (26)致谢 (27)参考资料 (28)第1章绪论1.1光纤通信概述光纤通信是以光纤为传输介质的一种通信方式。
光纤通信复习题库（整合版）一、填空题1.有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，以便时产生信号的提取，称_扰码电路 __ 。
2.PIN光电二极管是在P型材料和N型材料之间加一层_ _I___型材料，称为__耗尽层。
3.APD中促使其电流猛增的是__倍增效应。
碰撞电离4．在半导体激光器的P—I 曲线上，当I＞It 时，激光器发出的是激光，反之为荧光5. EDFA在光纤通信系统中主要的应用形式主要有作前置放大器使用、作功率放大器使用和作_线路放大器使用。
6. SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为_同步传送模块STM-N_。
7.从波动理论的观点看，光波作为一种电磁波来处理。
8.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm和1.55um 。
9.光纤主要由纤芯和包层两部分构成。
10.LED适用于模拟的光纤传输系统。
11．光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。
12．光纤数值孔径的物理意义是表示光纤端面_ 集光 _的能力。
接受和传输光13.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的开销字节，就不能适应网络管理、运行和维护。
14.SDH中STM—1的速率是 155Mb/s 。
15. 按照泵浦方式的不同，EDFA可分为正向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构等三种形式。
16.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。
17.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um ,1.55um 和__1.31um_。
18.PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位、复用三个步骤。
19.受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此，称它们是_相干光 ___。
20. SDH中STM—4的速率是 622 Mb/s 。
21.常用的SDH设备有：终端复用器、__再生器_和数字交叉连接设备等。
22.在光接收机中，与___光检测器__紧相连的放大器称为前置放大器。
文献综述前言：随着信息业务量的快速增长,语音、数据和图像等业务综合在一起传输,从而对通信带宽的容量提出了更高要求,但是无线电频谱和电缆带宽非常有限,其极限速率只有20Gb/s左右,使得这种综合传输受到了限制,即所谓的“电子瓶颈”。
光作为信息传输的载体带宽可达30THz以上,但是由于量子效应导致光纤线路中各种复用/解复用和光电/电光转换器件处理电信号时仍存在着速率“瓶颈”,限制了信息的传输速率。
进入20世纪90年代,以光波分复用(WDM)为基础的全光通信网(AON)成为人们研究的热点。
目前全光通信的研究还处于起步阶段,许多技术难点需要克服。
虽然光纤放大器不能解决全光通信中所有的技术难点,但是对光纤放大器的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。
掺铒光纤放大器的出现，是光纤通信发展史上的重要里程碑。
克服了传统的光—电—光中继方式导致的通信系统复杂化、效率低、造价高等问题，迅速成为光通信网络中的重要器件，获得了广泛的应用，极大地推动了WDM/DWDM通信系统发展。
WDM/DWDM通信系统的发展，又对EDFA的性能提出了更多的要求，譬如要求光纤放大器具有更大的带宽，智能化的增益控制、功率控制等。
正文：自从有了人类，就有了信息交流和传递的需要。
我国古代的狼烟和烽火可以说是最早的利用光进行信息传递的方式。
随着科技的进步，电话、电报一直到目前连接全球的因特网，通信技术，特别是近代通信技术，经历了一个从低频到高频，从高频到微波进而到达光频的演变过程。
通信技术在人类社会起到了越来越大的作用，成为这个信息时代的支柱技术。
光纤通信技术的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，二十多年以来，在经历了三代进化之后，它正以超摩尔定律的速度向前发展。
目前世界上80％以上的信息是通过光纤传送的，未来的传送网必然是建立在光纤通信技术之上的。
近年来，信息和通信技术的飞速发展，光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽，将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。
第六章光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用光放大器分为光纤放大器和半导体光放大器两类。
光纤放大器(OFA：Optical Fiber Amplifier) 的放大媒质为光纤或掺稀土元素的光纤；而半导体光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)的放大媒质为半导体晶体材料构成的正向偏压的P-N结。
OFA又根据放大机制不同分为掺铒光纤放大器（EDFA：Erbium Doped Fiber Amplifier）和喇曼光纤放大器（RFA：Raman Fiber Amplifier）两大类。
光纤放大器（OpticalFiberAmpler，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。
同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。
可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。
光纤放大器中主要是掺铒光纤放大器（EDFA）和光纤拉曼放大器（FRA）等。
掺铒光纤放大器****************************************************************EDFA的结构一个典型的掺铒光纤放大器主要由以下几部分组成:EDFA的工作光路结构**************************************************************EDFA有同（前）向泵浦、反（后）向泵浦和双向泵浦3种泵浦方式，其区别在于信号光与泵浦光的注入方向不同。
EDFA的工作光路结构三种不同结构对信号输出功率和噪声特性有不同的影响。
在相同的泵浦条件下,采用同向泵浦，可获得较好的噪声性能；采用反向泵浦，可获得较高的输出功率；采用双向泵浦,使EDFA的增益和噪声性能都优于单向泵浦，适合在长距离传输中作功率放大器用,而且放大器性能与输入信号方向无关,但耦合损耗较大,并增加了一个泵浦源,使EDFA 的成本也增加很多。
光通信概论总复习1、原子的三种基本跃迁过程是：（ 1、2、4 ）（1）自发辐射；（2）受激辐射；（3）自发接受；（4）受激吸收。
2、光纤型光放大器可分为：（ 1、2、3 ）（1）光纤拉曼放大器（2）掺铒光纤放大器（3）光纤布里渊放大器（4）半导体光放大器3、下面说法正确的是：（ 3 ）（1）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；（2）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；（3）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；（4）为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。
4、光纤的单模传输条件是归一化频率满足：（ 1 ）（1）V<2.405 ；（2）V>2.405 ；（3）V<3.832 ；（4）V>3.832 。
5、 STM-4一帧的传输速率是（ 1 ）。
（1）9×270×8×8000；（2）9×270×8×8000×4；（3）9×270×8；（4）9×270×8×4。
6、光纤通信主要应用的3个波长是：（1、2、3、4）（1）850nm；（2）1310nm；（3）1550nm；（4）上述全部7、下面说法正确的是：（1、3 ）（1） F-P激光器的谱线宽度大于DFB激光器的线宽；（2）DFB激光器的线宽大于LED的线宽；（3）白炽灯的线宽大于DFB激光器的线宽；（4）LED的线宽小于DBR激光器的线宽。
8、下面说法正确的是：（1 ）（1）损耗对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；（2）当损耗限制比色散限制距离短时，称这种光纤通信系统为色散限制系统；（3）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；（4）色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤非线性克服。
9、多模光纤中存在的色散：（ 1、2、3、4 ）（1）模间色散；（2）材料色散；（3）波导色散；（4）偏振模色散。
４１掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）的特性和应用浅析Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ查兵曹晖Ｚｈａ ＢｉｎｇＣａｏ Ｈｕｉ（九江学院，江西九江３３２００５）（Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２００５）摘要： 掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）是光通信网络中最关键技术之一。
本文对ＥＤＦＡ的工作原理、基本组成作了概括的阐述，分析了ＥＤＦＡ的增益特性，着重讨论了ＥＤＦＡ在有线电视网（ＣＡＴＶ）中的应用特点。
关键词： 掺铒光纤放大器； ＥＤＦＡ ； 增益； ＣＡＴＶ中图分类号：ＴＮ９２９．１ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）１１－０１００－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｎｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｈａｓ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｂｒｏａｄ ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ，ｈａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ＥＤＦＡ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ （ＣＡＴＶ）＇ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ； ＥＤＦＡ； Ｇａｉｎ； ＣＡＴＶ０引言在整个光纤传输链路中，光信号在传输过程中的产生的衰减一直是人们所普遍关注的问题。
光纤通信顾畹仪课后题答案《光纤通信》试卷题及答案（最全最经典）2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。
命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。
试卷满分：100分。
3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。
4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。
总分一二三四五六七八九十100 20 18 30 20 12 试题如下：一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差C.时延差 D.速度差2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM波、TE波和TM B.导波、TE波和TM波C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模D.TEM波、导波和TM波4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于A. B. C. D. 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器D. 光电检测器6、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用7、EDFA中用于降低放大器噪声的器件是A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器8、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是A.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于多模光纤来说，占主要地位。
