增益控制型高功率光纤放大器的研究

【摘要】随着长距离、高速率和大容量的密集波分复用系统（DWDM）的商用化以及光纤到户（FTTH）和有线电视（CATV）系统的大规模普及，通信系统对于光纤放大器提出了新的要求，不仅要求具有高增益、大带宽、低噪声和对偏振不敏感等特性，还要求光纤放大器具有高功率输出和增益控制的特性，以保证DWDM系统中复用信道的光信噪比，同时有效抑制DWDM系统中由于复用信道数目改变而导致剩余信道输出增益的变化。两级放大结构与双波长控制机制的结合，能够有效地实现光纤放大系统的高功率输出和增益控制特性，可以满足目前干线通信系统、光纤到户系统以及有线电视系统对光纤放大器的要求，具有非常重要的研究意义。本文基于掺铒光纤（EDF）能级结构、铒镱共掺光纤放大（EYDFA）模型和光自动增益控制理论，在光学仿真软件Optiamplifier上设计并在实验平台上搭建了增益控制型高功率光纤放大系统，实现了光纤放大器的高功率输出和增益控制性能。当输入信号光功率在-25dBm~4dBm范围内变化时，增益控制光纤放大器的最大输出功率为1.399W，噪声系数为6.13dB，增益漂移范围小于0.81dB。另外，采用双信道的方式，分别模拟研究了2信道、小功率输入条件下16信道以及大功率输入条件下16信道波分复用系统（WDM）中不同数目的复用信道同时上下载的情况。当信道2输入功率衰减值在0dB~31.2dB范围变化时，剩余信道1的增益漂移范围分别为0.09dB~0.13dB、0.04dB~0.12dB和0.06dB~0.30dB。本文从理论、仿真和实验三个方面对增益控制型高功率光纤放大器进行了相关研究，具体工作如下：首先，对光放大器进行了简单介绍，阐述了高功率光纤放大器的实用价值及其关键技术，阐述了光纤放大器增益控制的技术背景、发展过程及相应结构，并且对EDF能级结构和EYDFA的理论放大模型进行了详细分析，重点对光自动增益控制中稳态和瞬态条件下的理论模型进行了阐述。其次，在光学仿真软件Optiamplifier上建立了增益控制型高功率光纤放大器的仿真系统，对单信道及双信道条件下增益控制型高功率光纤放大系统的输出功率和增益控制特性进行了仿真分析。最后，在仿真研究的基础上，搭建了增益控制型高功率光纤放大系统，测试了单信道条件下增益控制型高功率光纤放大系统的输出功率和增益控制特性，对双信道和16信道WDM系统进行了输出性能测试，并且对测试结果进行了分析和总结。另外，就实验中出现的自激振荡现象进行了阐释，给出了相应的解决措施。
【作者】魏敬波；
【导师】胡贵军；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】光纤放大器；两级放大；高功率；控制激光；增益控制；

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