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EDFA在高速光纤通信系统中的应用研究

作　者: 余巧燕
导　师: 曹文华
学　校: 五邑大学
专　业: 通信与信息工程
关键词: 掺饵光纤放大器超短光脉冲非线性效应增益色散掺饵光纤环镜
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,用于高速光纤通信系统的光纤放大器成为当前光纤通信技术领域的一个重要研究方向。随着掺铒光纤放大器(EDFA)和密集波分复用(DWDM)技术在光纤通信领域的发展与应用,EDFA凭借其具有增益高、输出功率大、增益特性稳定、增益与偏振无关等诸多独特优点,成为未来长距离大容量的超高速光纤通信系统的理想放大器件。由于光纤通信技术发展的需要,EDFA获得了广泛的研究,所以本论文研究的主要内容有如下：1、本文首先介绍了常规光纤的相关理论,并从电磁波的麦克斯韦方程出发,推导光脉冲在光纤中的传播方程,对影响光脉冲在光纤中传播的各种因素和情况进行了分析；给出光脉冲在光纤中传输的数值模型,并用分步傅里叶方法,对其进行求解验证。2、详细介绍掺铒光纤放大器(EDFA)放大光脉冲原理及其结构,并讨论了EDFA在光纤通信系统的主要技术及应用。由于其具有高增益、宽带宽以及很高的单脉冲饱和能量,因而被认为是放大超短光脉冲的主要器件,所以进一步围绕如何减轻光纤非线性效应对超短光脉冲放大过程的有害影响,综述了基于EDFA的超短光脉冲放大技术及其进展状况,并介绍了最近的研究结果。3、采用分步傅里叶变换的数值计算方法研究发现,在EDFA中的增益色散能减少对超短光脉冲放大的倍数并且导致脉冲对称分裂,且随着EDFA长度越长或其增益越大,增益色散导致脉冲分裂越严重。提出了利用分布增益掺铒光纤环镜对增益色散进行抑制的方法,结果表明,即使在较长的环镜中,也能得到很好的放大效果。4、利用数值计算的方法证明,采用分步增益掺铒光纤放大环镜(ED-NALM)不仅可以放大光脉冲而且能获得高质量的压缩光孤子,并有效地消除脉座的能量。数值研究还表明,经过ED-NALM能同时放大多个脉冲,在单模光纤中实现长距离传输,降低系统误码率。并且发现只要选取合适长度的掺铒光纤环镜,就能得到高质量脉冲。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题来源及研究背景  8-9
  1.2 光放大器的类型及应用  9-11
    1.2.1 光放大器类型  9-10
    1.2.2 EDFA的应用  10-11
  1.3 国内外的研究概况  11-14
  1.4 本论文的内容安排  14-15
第二章基本理论及分步傅里叶方法  15-26
  2.1 光纤中光场的理论基础  15-17
  2.2 常规单模光纤的色散  17-20
  2.3 光纤的非线性效应  20-22
    2.3.1 光纤中的自相位调制  20-21
    2.3.2 光纤中的互相位调制  21
    2.3.3 受激非弹性散射  21-22
  2.4 光纤传输的理论模型及数值求解  22-25
    2.4.1 光脉冲在光纤传输的理论模型  22-23
    2.4.2 分步傅里叶方法  23-24
    2.4.3 模型的数值求解  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 EDFA原理及其应用发展  26-45
  3.1 EDFA的放大原理  26-28
  3.2 EDFA的基本结构  28-31
    3.2.1 掺铒光纤  29
    3.2.2 泵浦源和泵浦方式  29
    3.2.3 光耦合器  29-30
    3.2.4 光隔离器  30
    3.2.5 光滤波器  30
    3.2.6 辅助电路  30-31
  3.3 光纤通信系统中EDFA的应用  31-37
    3.3.1 EDFA在波分复用系统中的应用  31-33
    3.3.2 EDFA在光时分复用系统中的应用  33-35
    3.3.3 EDFA在光孤子通信系统中的技术特点  35-37
  3.4 EDFA放大超短光脉冲的技术进展  37-44
    3.4.1 超短光脉冲在EDFA中的放大  38-39
    3.4.2 啁啾脉冲放大  39-41
    3.4.3 非线性光纤放大环镜  41-43
    3.4.4 其它  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 EDFA中增益色散对超短光脉冲放大的影响及其抑制  45-53
  4.1 理论模型  45-47
  4.2 计算结果及分析  47-50
    4.2.1 增益对超短光脉冲放大的影响  47-48
    4.2.2 增益色散对超短光脉冲放大的影响  48-49
    4.2.3 增益对增益色散的影响  49-50
  4.3 增益色散的抑制  50-52
  4.4 结论  52-53
第五章光孤子在ED-NALM中放大及传输的数值研究  53-62
  5.1 理论模型  53
  5.2 计算结果及分析  53-59
    5.2.1 单脉冲在ED-NALM中放大  53-55
    5.2.2 透射脉冲在常规光纤中的演化  55-56
    5.2.3 光孤子串在ED-NALM中的放大  56-57
    5.2.4 光孤子串在单模光纤中的演化  57-59
  5.3 ED-NALM环镜参量的特性  59-61
    5.3.1 耦合器的功率耦合系数参量  59
    5.3.2 环镜的增益参量  59-60
    5.3.3 环镜的长度参量  60-61
  5.4 结束语  61-62
总结  62-64
附录A 光脉冲在光纤放大器中传播方程的推导  64-67
附录B 文中出现的缩略语  67-68
参考文献  68-72
攻读硕士期间发表的论文  72-73
致谢  73

EDFA在高速光纤通信系统中的应用研究

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