edfa及raman光放大器对光纤中光粒子的放大作用对比分析(附件)【字数：9013】
摘 要在光纤时代中，光电子放大作用起到非常大的作用。现在市面上根据功能的不同分为几大种光源器件、光传输器件、光控制器件、光存储器件、光显示器件。本文重点描述的就是光传输器件中的光纤放大器。光纤放大器又分为许多种类型，特殊材质，不同应用，简单的介绍完之后。呼应开头，我需要简单掌握掺铒光纤放大器的工作原理、网络结构以及拉曼光纤放大器的工作原理和网络结构。并且能够结合数据分析两种光放大器的优势，比如放大的频谱区间、增益区间、噪声指数等。通过对光放前后信号性能数据进行系统细致的分析，理清思路，结合噪声指数、增益区间、增益平坦度等给出两种放大器的性能分析，两种放大器最突出的应用区别在于，掺铒光纤放大器本身价格低廉，多用于实验中的需求；而拉曼光纤放大器价格较昂贵，可以实现长距离无中继传输和远程泵浦，多适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。最后从实现成本和性能两方面给出使用建议。对实施解决方案后的结果再次进行分析对比，达到提升光网络性能并降低成本目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1光网络发展 1
1.2光放大器对光纤粒子的作用 1
第二章 EDFA及RAMAN光放大器对光纤中光粒子的放大作用对比分析 2
2.1掺铒光纤放大器 2
2.1.1掺铒光纤的工作原理 2
2.1.2掺铒光纤的网络结构 2
2.2拉曼放大器 2
2.2.1拉曼的工作原理 3
2.2.2拉曼的网络结构 3
第三章 光纤拉曼放大器与EDFA性能对比 4
3.1放大决定的条件 4
3.2放大宽带 4
3.3增益角度 5
3.3.1掺铒光纤放大器的增益变化 5
3.3.2 拉曼光纤放大器的增益变化 6
3.4 噪声系数 7
第四章 两类放大器的实际应用 8
4.1掺铒光纤放大器研究现状 8
4.2 拉曼光纤放大器研究现状 8
4.3 掺铒光纤放大器的实际应用 8
4.4 拉曼光纤放大器的实际应用 10
4.5合并放大器的实际应用 11
结束语 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
致 谢 13
参考文献 14
第一章 绪论
1.1光网络发展
人们最早开始接触网络时代，开始发明网络宽带，IP业务，还有上网工具，人们开始学着用宽带上网，实行了网络化时代。而光网络是整个电信网的基础网络，一直快速的发展中。最开始的光网络是童工人工手动连接服务器，耗时慢并且稳定性弱，很难满足现代网络的需求，并且被激烈的市场需求所淘汰。之后便有了自动交换光网络，也就是服务用户发出连接指令，网元自动连接到相应的网络路径，并且通过信令控制实现了连接，交换，恢复与拆除，实现了传送一体化的新光网络时代。
但是随着信息化的不断推进，新的技术，新的业务不断的出现，加上提供服务上的市场激烈竞争，导致现有光网络的缺点暴露出来了，如需要手工实现的业务配置，数据业务的带宽分配不够灵活，较低的传输效率和严重浪费的传输带宽等，使得服务过程复杂，包括新业务开通周期长，造成在一定时间段内没法实现对客户服务的请求及开通新业务的成本过高，严重影响了运用是哪个的市场竞争和盈利。因此，光传输领域正在进行一场革命。
1.2光放大器对光纤粒子的作用
什么是光纤放大器？光纤放大器（OFA）是近年来最常用的光纤通信。它是指在光纤通信中直接使得光信号放大的一种模式，对于放大形式也有许多，例如前置放大模式，后置放大模式以及中继放大模式[4]。相对于以前的半导体激光模式，它已经成功的减去了光电转换，电光转换和信号转换这些复杂的过程，直接使得光信号在传输过程中放大，由此，光放大器也将一直被我们使用在光传播的研究领域。根据放大机制不同，光纤放大器也分为两大类，分别是线性光纤放大器和非线性光纤放大器。
线性光纤放大器，在制作光纤的同时，将一些浓度很小的稀有粒子，如铒离子等渗入到光纤芯层中，使得稀有粒子收到泵浦光的激励下转变为高激发态，在信号光的作用下放大倍数。
非线性光纤放大器，当光纤中的泵浦功率达到一定高度的临界点又称阈值，就会产生散射为受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS），巧妙利用波长较长的光能量转移至波长较短的信号身上的特点并且，选择适当的泵浦光波长和泵浦功率，使得对信号光的放大，这种激光放大器是利用光纤的非线性条件实现的对光信号的放大[6]。
这种光纤放大器的发明，打破了光信号传输过程中光纤损耗的限制，实现了光通信传播距离延长到了几千公里，是光纤通信重要的一次革命性成功。
第二章 EDFA及RAMAN光放大器对光纤中光粒子的放大作用对比分析
2.1掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器（EDFA）的成功研制给全光通信带来了一场胜利性的革命。由于其本身具有高增益、高输出功率、低噪声、带宽较宽、与偏振无关等优点，在许多需要运用光通信理念的领域中，掺铒光纤放大器正逐步取代传统的半导体激光模式，也就是俗称的光电转换，电光转化和信号转换的模式放大器，省去这些复杂转换的昂贵成本，以及后续放大器故障的复杂程序和人工研究，是现在光通信领域一个不可或缺的工具和主导使用的放大器。
2.1.1掺铒光纤的工作原理
EDFA有两个关键技术：一个是掺铒光纤，另外一个是半导体激光器泵浦源。这里简单介绍下掺铒光纤的简介，光纤本身是利用石英石作为介质使用，在使用放大器之前在光纤的内芯中渗入一些浓度很小的粒子，比如铒离子或者锗粒子等，在一定程度上提高了折射率，更加有效的实现光信号的放大。当光束入射进入光纤，基于介质的吸收，入射光所携带的能量使得介质中的电子释放能量，发射出光子，光子受到激光辐射，在存在增益的条件下使光子能量增加，产生放大和激光，信号光被放大，激光下能级的离子数反转程度越高，放大能力越强[2]。
2.1.2掺铒光纤的网络结构
掺铒放大器在使用中，输入端和输出端各有一个隔离器，使得光信号弹向传输，半导体激光器波长分别为980nm或1480nm，用于提供能量[1]。在光通信实验之前，先通过耦合器将光信号和泵浦光这两束光结合在一起，一起掺入光纤介质中，通过掺铒光纤放大器的作用下，利用泵浦光的能量转移到了光信号的身上这一特点，从而实现了光信号的放大。
Signal
图21 EDFA结构示意图
2.2拉曼放大器
拉曼放大器的研制成功，一直有被研究人员说是不算成熟的一个成果，因为价格材料本身昂贵利用率也不是太高。所以目前的通信系统有一种比较成熟的方式，就是把掺铒光纤放大器（EDFA）与拉曼放大器(RAMAN)的有机结合。现如今，随着通信的不断发展，密集波分复用通信的带宽需求不断提高，拉曼光纤放大器成为了关键的技术，并且成为光纤通信领域研究的热点。由于拉曼放大器具有宽增益，低噪声的特点，在超大容量长距离的密集波分复用通信系统中得到广泛应用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1光网络发展 1
1.2光放大器对光纤粒子的作用 1
第二章 EDFA及RAMAN光放大器对光纤中光粒子的放大作用对比分析 2
2.1掺铒光纤放大器 2
2.1.1掺铒光纤的工作原理 2
2.1.2掺铒光纤的网络结构 2
2.2拉曼放大器 2
2.2.1拉曼的工作原理 3
2.2.2拉曼的网络结构 3
第三章 光纤拉曼放大器与EDFA性能对比 4
3.1放大决定的条件 4
3.2放大宽带 4
3.3增益角度 5
3.3.1掺铒光纤放大器的增益变化 5
3.3.2 拉曼光纤放大器的增益变化 6
3.4 噪声系数 7
第四章 两类放大器的实际应用 8
4.1掺铒光纤放大器研究现状 8
4.2 拉曼光纤放大器研究现状 8
4.3 掺铒光纤放大器的实际应用 8
4.4 拉曼光纤放大器的实际应用 10
4.5合并放大器的实际应用 11
结束语 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
致 谢 13
参考文献 14
第一章 绪论
1.1光网络发展
人们最早开始接触网络时代，开始发明网络宽带，IP业务，还有上网工具，人们开始学着用宽带上网，实行了网络化时代。而光网络是整个电信网的基础网络，一直快速的发展中。最开始的光网络是童工人工手动连接服务器，耗时慢并且稳定性弱，很难满足现代网络的需求，并且被激烈的市场需求所淘汰。之后便有了自动交换光网络，也就是服务用户发出连接指令，网元自动连接到相应的网络路径，并且通过信令控制实现了连接，交换，恢复与拆除，实现了传送一体化的新光网络时代。
但是随着信息化的不断推进，新的技术，新的业务不断的出现，加上提供服务上的市场激烈竞争，导致现有光网络的缺点暴露出来了，如需要手工实现的业务配置，数据业务的带宽分配不够灵活，较低的传输效率和严重浪费的传输带宽等，使得服务过程复杂，包括新业务开通周期长，造成在一定时间段内没法实现对客户服务的请求及开通新业务的成本过高，严重影响了运用是哪个的市场竞争和盈利。因此，光传输领域正在进行一场革命。
1.2光放大器对光纤粒子的作用
什么是光纤放大器？光纤放大器（OFA）是近年来最常用的光纤通信。它是指在光纤通信中直接使得光信号放大的一种模式，对于放大形式也有许多，例如前置放大模式，后置放大模式以及中继放大模式[4]。相对于以前的半导体激光模式，它已经成功的减去了光电转换，电光转换和信号转换这些复杂的过程，直接使得光信号在传输过程中放大，由此，光放大器也将一直被我们使用在光传播的研究领域。根据放大机制不同，光纤放大器也分为两大类，分别是线性光纤放大器和非线性光纤放大器。
线性光纤放大器，在制作光纤的同时，将一些浓度很小的稀有粒子，如铒离子等渗入到光纤芯层中，使得稀有粒子收到泵浦光的激励下转变为高激发态，在信号光的作用下放大倍数。
非线性光纤放大器，当光纤中的泵浦功率达到一定高度的临界点又称阈值，就会产生散射为受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS），巧妙利用波长较长的光能量转移至波长较短的信号身上的特点并且，选择适当的泵浦光波长和泵浦功率，使得对信号光的放大，这种激光放大器是利用光纤的非线性条件实现的对光信号的放大[6]。
这种光纤放大器的发明，打破了光信号传输过程中光纤损耗的限制，实现了光通信传播距离延长到了几千公里，是光纤通信重要的一次革命性成功。
第二章 EDFA及RAMAN光放大器对光纤中光粒子的放大作用对比分析
2.1掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器（EDFA）的成功研制给全光通信带来了一场胜利性的革命。由于其本身具有高增益、高输出功率、低噪声、带宽较宽、与偏振无关等优点，在许多需要运用光通信理念的领域中，掺铒光纤放大器正逐步取代传统的半导体激光模式，也就是俗称的光电转换，电光转化和信号转换的模式放大器，省去这些复杂转换的昂贵成本，以及后续放大器故障的复杂程序和人工研究，是现在光通信领域一个不可或缺的工具和主导使用的放大器。
2.1.1掺铒光纤的工作原理
EDFA有两个关键技术：一个是掺铒光纤，另外一个是半导体激光器泵浦源。这里简单介绍下掺铒光纤的简介，光纤本身是利用石英石作为介质使用，在使用放大器之前在光纤的内芯中渗入一些浓度很小的粒子，比如铒离子或者锗粒子等，在一定程度上提高了折射率，更加有效的实现光信号的放大。当光束入射进入光纤，基于介质的吸收，入射光所携带的能量使得介质中的电子释放能量，发射出光子，光子受到激光辐射，在存在增益的条件下使光子能量增加，产生放大和激光，信号光被放大，激光下能级的离子数反转程度越高，放大能力越强[2]。
2.1.2掺铒光纤的网络结构
掺铒放大器在使用中，输入端和输出端各有一个隔离器，使得光信号弹向传输，半导体激光器波长分别为980nm或1480nm，用于提供能量[1]。在光通信实验之前，先通过耦合器将光信号和泵浦光这两束光结合在一起，一起掺入光纤介质中，通过掺铒光纤放大器的作用下，利用泵浦光的能量转移到了光信号的身上这一特点，从而实现了光信号的放大。
Signal
图21 EDFA结构示意图
2.2拉曼放大器
拉曼放大器的研制成功，一直有被研究人员说是不算成熟的一个成果，因为价格材料本身昂贵利用率也不是太高。所以目前的通信系统有一种比较成熟的方式，就是把掺铒光纤放大器（EDFA）与拉曼放大器(RAMAN)的有机结合。现如今，随着通信的不断发展，密集波分复用通信的带宽需求不断提高，拉曼光纤放大器成为了关键的技术，并且成为光纤通信领域研究的热点。由于拉曼放大器具有宽增益，低噪声的特点，在超大容量长距离的密集波分复用通信系统中得到广泛应用。
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