掺铒光纤放大器的设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1设计目的及意义

随着信息时代的发展，信息交互变得越来越重要，传统的通信方式难以实现远距离通信，已经无法满足现代通信的需求，传输速率更快、传输误码率更低的光纤通信应运而生，成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。随着光纤通信的发展，人们发现信号随传输距离的增加出现信号逐渐衰减甚至截止失真的情况，为了解决这个问题，光放大器就此产生。

光放大器，顾名思义，是对光信号进行放大的器件。起初，传送信号的放大都需要经过光电变换和电光变化来进行光信号放大，不仅能量转换效率低，而且结构复杂，成本较高。全光放大器的出现，解决了传输中功率损耗的问题，大大促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。

2. 研究的基本内容与方案

设计的基本内容包括学习光纤通信系统中光放大器的基本工作原理和设计方法，掌握matlab的使用方法。对典型的掺铒光纤放大器(edfa)的基本结构进行设计，对edfa的增益特性和噪声特性进行研究分析，并用matlab进行数值仿真，根据仿真结果对所设计的器件进行参数优化。最终目标是完成edfa的模型设计及相关参数的模拟仿真工作。

edfa的放大过程主要由形成粒子数反转和多光子放大组成，光信号放大的具体过程是：位于低能级基态的铒离子吸收泵浦源提供的能量跃迁至能量较高的激发态，泵浦源波长不同，携带的能量不同铒离子跃迁到的对应高能级也会有不同^[14]。最常见的泵浦源波长是980nm和1480nm，本次设计就在两种常见泵浦源波长中选择一种进行设计。大量铒离子堆积在亚稳态，就实现了粒子数反转，当信号光进入铒纤中与受激铒离子碰撞得到相同能量的光子，每次碰撞都会产生更多的光子，从而实现信号光的增益。edfa的基本结构由隔离器、耦合器、掺铒光纤、泵浦激光器组成，其中隔离器的作用是使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响；耦合器的作用是将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中；掺铒光纤的作用就是实现粒子数反转的场所，放大信号光；泵浦激光器的作用就是提供泵浦光。

根据以上原理及结构，选择一个模型如giles模型或saleh模型等，使用matlab建立一个edfa的模型，然后在此模型中修改输入信号功率、泵浦源功率、光纤长度、光纤掺杂浓度和输入信号光波长等参数，对其进行数值仿真，观察edfa的增益变化和噪声指数的变化，从而研究edfa的增益特性与噪声特性，最后根据研究结果对器件进行优化以达到更高的增益和更低的噪声指数。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解本课题研究所需的理论知识，初步确定设计方案，撰写开题报告。

第4-7周：学习edfa的基本结构、工作原理以及matlab相关知识

4. 参考文献（12篇以上）

[1]赵兰兰. edfa增益斜率影响因素的实验研究和数值模拟[d].江南大学,2010.

[2]贾颖. 掺铒光纤放大器的优化设计及实验研究[d].安徽理工大学,2015.

[3]肖涛. 掺铒光纤放大器的智能化设计及实现[d].上海交通大学,2010.