掺铒光纤放大器的优化设计及实验研究

摘要

促使光通信产业快速发展的核心性器件是掺铒光纤放大器(erbium-dopedfiber amplifier, EDFA)，亦是全光型光先通信得以实现的不可或缺的主要器件。在最近几年中，随着通信业务多元化的持续发展，通信与信息技术也随之快速发展，与此同时对掺铒光纤放大器(EDFA)的功能特性也提出了更高的要求。在紧密波分多用(dense wavelength division multiplexing，DWDM)系统、有线电视网络(Community Antenna Television, CATV)等系统中，EDFA都起着非常重大的作用。EDFA对网络中的信号进行没有光-电转换过程直接的放大，使得EDFA具有如下优点:高增益;宽频带;小噪声指数;大功率等。
　　对掺铒光纤放大器的改进设计，在本文中的讨论有下列内容:
　　1.论文分析讨论了光网络中EDFA的框架构成、组成结构、基关键技术、研究现状以及发展方向。
　　2.采用粒子群改进算法（PSO）对光络中的S波段、C波段及L波段EDFA进行改进设计，最后得到了具有优良平坦度增益的C波段大增益（＞25dB）、小噪声＜5diB)EDFA和L波段高增益（＞25dB）、低噪声(＜5dB)EDFA以及S波段大增益(＞10dB)、小噪声(＜5dB)EDFA的改进设计，同时给出了EDFA结构参数的解决方案。
　　3.对EDFA的平坦化增益现阶段采用的2种办法（改进设计自身平坦增益的EDFA及引进平坦增益增益滤波EDFA）的研讨现状给予了一定描述，并对它们的优缺点分别予以简介。
　　4.采用DSP芯片技术结合PID算法，实现了掺铒光纤(EDFA)泵浦的增益自动掌握，使得电路具有结构简洁、扩容容易、更加可靠和便于实现等的特点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 光纤通信技术发展简介

1．2 掺铒光纤放大器的背景研究、国内外现状及发展前景

1．2．1 掺铒光纤放大器的研究背景

1．2．2 掺铒光纤放大器的国内外研究现状及发展前景

1．3 本章小结

2 掺铒光纤放大器的理论基础

2．1 掺铒光纤放大器的工作原理

2．2 掺铒光纤放大器的组成和泵浦方式

2．2．1 掺铒光纤放大器的结构组成

2．2．2 掺铒光纤放大器(EDFA)的泵浦方式

2．3 掺铒光纤放大器的特性参数

2．4 掺铒光纤放大器(EDFA)的优点

2．5 本章小结

3 掺铒光纤放大器增益平坦性的改进设计

3．1 EDFA增益平坦性的简要介绍

3．1．1 EDFA增益平坦度定义

3．1．2 EDFA的增益平坦-陛优化技术研究

3．1．3 EDFA增益平坦度的影响因素

3．1．4 增益平坦性改进的意义

3．2 EDFA自身增益平坦性的改进设计

3．2．1 通过改变光纤基质类型来改善放大器的增益平坦性

3．2．2 通过掺入其他元素来改进EDFA的增平坦性

3．2．3 通过整体搜索算法来实现EDFA增平坦性的改进设计

3．3 静态增益均衡滤波器平坦技术

3．3．1 基于光纤光栅的增益平坦滤波器

3．3．2 基于光纤环的增益平滤波器

3．4 动态增益均衡滤波器平坦技术

3．4．1 全光声光可调虑波技术(ATOF)

3．4．2 级联液晶光学均衡虑波(OHE)

3．4．3 非对称Mach-Zehnder千仪仪级联均衡器

3．4．4 全聚合液晶光的可调转均衡器

3．5 EDFA增益平坦改进方案分析比较

3．6 掺铒光纤放器其他方面的改进设计

3．6．1 掺铒光纤长度的改进

3．6．2 不同泵浦功率时最好掺铒光纤长度的改进设计

3．6．3 泵浦功率的改进设计

3．6．4 实验仿真结果

3．7 本章小结

4 掺铒光纤放器的算法改进

4．1 掺铒光纤放器的模型理论

4．1．1 Giles模型

4．1．2 Saleh模型

4．1．3 均匀展宽二能级模型

4．2 掺铒光纤放大器的改进算法介绍

4．3 掺铒光纤放大器的离子群改进算法(PSO)

4．3．1 离子群改进算法(PSO)的基础理论

4．3．2 离子群改进算法的方法

4．3．3 PSO改进EDFA的目标及评价函数

4．4 PSO算法改进掺饵光纤放大器

4．4．1 PSO算法改进C波段的EDFA

4．4．2 PSO算法改进C波段的EDFA

4．5 改进掺铒光纤放大器的遗传算法

4．5．1 遗传算法(GA)简介

4．5．2 GA算法与PSO算法比较

4．7 本章小结

5 基于DSP的EDFA自动增益控制技术

5．1 自动增益控制原理

5．1．1 自动增益控制的概念

5．1．2 EDFA增益自动控制方式

5．2 EDFA中增益自动控制的电路图设计

5．3 EDFA中用DSP实现增益自动控制的设计实现

5．3．1 DSP的简介

5．3．2 DSP芯片的选用

5．3．3 TMS320F2812简介

5．4 A／D与D／A的转换

5．4．1 DSP与A／D的接口电路设计

5．4．2 DSP与D／A的接口电路设计

5．5 PID控制理论及EDFA程序设计

5．5．1 PID控制算法

5．5．2 EDFA的程序流程图

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 本文展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果