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增益控制EDFA研究

作　者: 窦清影
导　师: 袁树忠
学　校: 南开大学
专　业: 光学
关键词: 波分复用/密集波分复用掺铒光纤放大器增益控制光纤环镜高双折射光纤光纤光栅光纤激光器可调光衰减器
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

掺铒光纤放大器(EDFA)的诞生给光通信带来了一场革命。由于其本身具有高增益、高输出功率、低噪声、带宽宽、与偏振无关等优点,在很多领域和场合,EDFA正逐步取代传统的光-电-光中继模式,省去光电/电光转换的昂贵成本,便于设备的运行维护,成为现代光纤通信系统中不可缺少的关键部件。随着WDM系统的升级及光传送网络的发展,增益控制掺铒光纤放大器(GC-EDFA)在输入功率和通道数目变化时维持放大器增益稳定方面,发挥着日益重要的作用。基于以上背景,在天津市重点基金项目——智能型光纤放大器和光源的研究、天津市重点基金项目——(C+L)超宽带掺杂光纤放大器和南开-达尔泰(天津)项目——开发增益平坦的掺铒光纤放大器的支持下,本论文主要围绕新型GC-EDFA、EDFA性能的优化、增益控制用光源、多波长光纤激光器以及可调光衰减器等课题进行了理论和实验研究。主要工作如下:1.设计了一种基于双折射光纤光栅的GC-EDFA,通过调整偏振控制器可以方便地选择单、双波长控制激光,信号光与控制光逆向传输,此种结构双波长GC-EDFA的平均增益和噪声系数为22.22dB和8.69dB,单、双波长控制下的增益平坦度分别为0.69dB和1.51dB。设计了一种两级L-band EDFA并制成样机,它利用光纤环镜反射后向ASE作为增益控制激光,这种新颖结构的GC-EDFA信号变化范围达到27dB,3dB带宽为34.5dB,平均增益及平坦度分别为23.68dB和±0.8dB,噪声指数为7.47dB,为了优化样机,我们还分别尝试了另外3种不同结构的GC-EDFA以选择最佳的样机方案。2.我们还提出了一种优化反射式EDFA噪声性能的方案,通过利用高双折射环镜代替普通光纤环镜来抑制铒纤的前向ASE,双通放大器在1580.84nm~1588.48nm范围内的平均噪声系数减少了3.7dB。利用前置放大器提高铒纤输入端的粒子数反转水平,实现了对反射式EDFA增益和噪声系数的优化,与普通结构的反射式放大器相比,该反射式EDFA在1568nm~1594nm范围内,增益增加了2.3dB~12.6dB,而噪声系数则降低了2.2dB~23.9dB。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 光纤通信系统与光纤放大器的发展概况  11
  1.2 光纤放大器的定义与分类  11-13
    1.2.1 光纤放大器的定义  11-12
    1.2.2 光纤放大器的分类  12-13
    1.2.3 EDFA 的特点及性能  13
  1.3 本文的主要研究内容  13-16
第二章 GC-EDFA 的理论基础  16-23
  2.1 掺铒光纤的放大原理  16-17
  2.2 EDFA 的基本组成  17-18
  2.3 衡量EDFA 的特性参数  18-20
    2.3.1 增益及增益谱特性  18-19
    2.3.2 噪声系数及噪声谱特性  19-20
    2.3.3 饱和输入/输出功率  20
  2.4 GC-EDFA 的分类  20-22
  2.5 光自动增益控制的两种腔结构  22-23
第三章 GC-EDFA 的实验研究  23-43
  3.1 基于双折射光纤光栅的 GC-EDFA  23-27
  3.2 利用后向C-band ASE 的双级L 波段GC-EDFA  27-36
  3.3 用双折射光纤环镜优化L-band EDFA 噪声性能  36-39
  3.4 用前置放大器优化L-band EDFA 增益和噪声性能的实验研究  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章增益控制用光纤激光器的研究  43-57
  4.1 光纤激光器的基本理论及分类  43-48
    4.1.1 光纤放大器与光纤激光器  43
    4.1.2 原理及特点  43-44
    4.1.3 分类  44-48
  4.2 多波长激光器的实验研究  48-54
    4.2.1 基于双折射光纤和起偏器的双波长掺铒光纤激光器  48-52
    4.2.2 基于双折射光纤环镜的多波长掺铒光纤激光器  52-54
  4.3 单波长光纤激光器的研究  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章增益控制用可调光衰减器、宽带光源及偏振控制的研究  57-74
  5.1 利用光纤微弯损耗原理的可调光衰减器  57-61
  5.2 基于电压调谐的可调光衰减器及其电压传感的应用  61-64
  5.3 利用铒纤后向ASE 的C+L 宽带光源  64-66
  5.4 单模光纤偏振特性的研究  66-73
  5.5 本章小结  73-74
总结  74-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间发表文章及专利  81-83
致谢  83

增益控制EDFA研究

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