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掺铒光纤放大器中泵浦激光器驱动源的研究应用

作　者: 宋艳
导　师: 王芳
学　校: 河南师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: 掺铒光纤放大器 泵浦激光器 驱动源 恒流源 FPGA
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


EDFA作为新一代光通信系统中的关键部件,给光纤通信和传输技术带来了一场革命。EDFA中最关键的是它工作时增益的稳定特性,对这些特性起着决定性作用的是EDFA中泵浦激光器的输出是否具有稳定性,这就要求在选择泵浦激光器的驱动电路时,要选择稳定性能强的电路。本文针对EDFA的这一特性需求,对驱动电路的结构和性能进行研究和设计,研究重点恒流源电路作为泵浦激光器的驱动的改进设计,同时实现了基于FPGA的EDFA硬件电路的设计。本论文的主要内容分为以下四个方面:首先,介绍了目前光纤通信的发展状况,国内掺铒光纤放大器的研究情况,掺铒光纤放大器的在光纤通信中的作用和地位,本论文的内容和所承担的任务。其次,介绍了EDFA的构成框架,EDFA的工作原理及结构组成,它主要包括光路部分和电路部分,简述了EDFA的光路结构组成和电路结构组成。第三,重点构建了EDFA中泵浦激光器驱动电路的整体电路结构图,泵浦激光器驱动电路结构有以下几部分组成:慢启动电路、纹波调节电路、过流保护电路、上电防冲击电路、恒流源电路、光电探测电路、温度控制电路,其中重点研究了恒流源电路作为泵浦激光器的驱动的改进设计,在Pspice环境下绘制驱动电路,并对所设计的电路进行直流扫描、瞬态、温度及噪声分析,从而验证所设计电路的准确性和可行性,将理论计算和模拟分析的结果进行比对,得到此设计电路能够更进一步提高驱动电路的稳定性,使泵浦激光器得到更加稳定的输出,仿真结果和理论分析基本一致。最后,将研究设计的泵浦激光器驱动电路用在基于FPGA的带自动增益控制的EDFA中,利用FPGA处理复杂的时序方便的特点,结合PID算法,使得该电路具有结构简单、便于扩展、高可靠和易实现等特点,采用FPGA对泵浦激光器驱动电路进行硬件设计,增加了整个系统的可靠性,从而使驱动电源具有智能化程度高、抗干扰能力强、温度控制精度高、电源稳定度高、对激光器无损害等优点。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 光纤通信发展概况  9-10
  1.2 EDFA 的发展概况及现状  10-11
  1.3 本论文的内容及所承担的任务  11-13
第二章 EDFA 的工作原理及其组成结构  13-19
  2.1 EDFA 的工作原理及特性  13-14
  2.2 EDFA 的光路结构分析  14-17
    2.2.1 光耦合器(Coupler)  14-15
    2.2.2 波分复用器（WDM）  15
    2.2.3 光隔离器（Isolator）  15-16
    2.2.4 光电二极管（PD）  16-17
  2.3 EDFA 电路结构研究  17-19
第三章 泵浦激光器驱动电路的研究和设计  19-37
  3.1 泵浦激光器驱动电路的工作原理和特性  19-21
    3.1.1 EDFA 中泵浦激光器的选用  19
    3.1.2 泵浦激光器在EDFA 中的工作方式  19-20
    3.1.3 泵浦激光器中外围电路  20-21
  3.2 泵浦激光器驱动电路的研究设计  21-32
    3.2.1 恒流源电路的研究和设计  21-26
    3.2.2 慢启动电路的研究和设计  26-27
    3.2.3 防上电/断电冲击保护电路  27
    3.2.4 驱动电路过流保护电路  27-29
    3.2.5 光电探测器驱动电路  29-30
    3.2.6 温度检测电路  30-32
  3.3 泵浦激光器驱动电路仿真结果分析  32-37
    3.3.1 恒流源驱动电路输入输出特性分析  32-34
    3.3.2 恒流源驱动电路其他特性分析  34-37
第四章 基于FPGA 的EDFA 硬件电路的设计及实现  37-51
  4.1 自动增益控制原理  37-39
    4.1.1 自动增益控制概念描述  37
    4.1.2 EDFA 中自动增益控制的方式  37-38
    4.1.3 EDFA 中电路自动增益控制结构分析  38-39
  4.2 EDFA 中自动增益控制电路设计  39
  4.3 用FPGA 实现带自动增益控制的EDFA 电路设计  39-42
    4.3.1 FPGA 简介  39-40
    4.3.2 FPGA 芯片的选用  40-42
  4.4 用FPGA 实现带自动增益控制的EDFA 的硬件设计  42-45
    4.4.1 FPGA 与单片机结合的硬件设计  42-43
    4.4.2 FPGA 与A/D 接口电路的设计  43-44
    4.4.3 FPGA 与D/A 接口电路的设计  44-45
  4.5 用FPGA 实现带自动增益控制的EDFA 的程序设计  45-51
    4.5.1 数字PID 控制算法  45-47
    4.5.2 EDFA 软件流程图  47-51
第五章 总结与展望  51-53
  5.1 本论文解决的问题  51
  5.2 有待改进的地方  51-53
参考文献  53-55
附录  55-59
致谢  59-60
攻读硕士学位期间的研究成果  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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