МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

Допустить к защите в ГАК

_____ . ____ . 2013 г.

Заведующий кафедрой

д-р техн. наук, профессор

_______________Н. А. Яковенко

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Методы стабилизации коэффициента усиления оптических усилителей

Работу выполнил _________________________ Мельтьев А. Л. Специальность 210401 – Физика и техника оптической связи

Научный руководитель

канд. физ.-мат. наук, доцент __________________________ Л.Р. Григорьян

Нормоконтролер инженер __________________________ И. А. Прохорова

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Дипломная работа: 59 страниц, 20 рисунка, 4 таблицы, 21 источников.

Оптика, Усилитель, Волоконно-оптическая линия связи, Ретранслятор, Коэффициент усиления, Эрбий.

Объектом разработки данной дипломной работы являются оптические усилители, предназначение для усиления сигнала в составе волоконно-оптических линия связи, их характеристики и методы их оптимального функционирования.

Целью работы является исследование и анализ методов стабилизации коэффициента оптических усилителей.

В результате выполнения дипломной работы проведены анализ существующих методов стабилизации коэффициента усиления, их положительные и отрицательные стороны, выработаны критерии применения в различных аспектах использования.

Содержание

Введение……………………………………………………………………....	4
1 Ретрансляторы оптического сигнала…………………………………...…	7
1.1 Повторители оптического сигнала……………………………………...	7
1.2 Оптические усилители……………………………………………...……	8
1.3 Сравнение характеристик повторитель и оптических усилителей сигнала…………………………………………………………………..……	10
2 Оптические усилители сигнала…………………………………………...	12
2.1. Основные параметры оптических усилителей…………….……….….	12
2.2. Полупроводниковые оптические усилители……………………….….	17
2.3 Оптические усилители, использующие нелинейные явления ………..	23
2.4 Оптические усилители, легированном редкоземельными элементами	30
2.5 Оптические усилители, легированные эрбием………………………....	33
3 Оптимальные параметры функционирования оптических усилителей ..	42
3.1 Каскадное усиление оптического сигнала………………….……….….	42
3.2 Фильтры выравнивания спектра усиления……………………………..	44
3.3 Стабилизация уровня усиления оптического усилителя……………....	46
3.3.1 Подавление избыточного усиления…………………….………….….	47
3.3.2 Синхронизация остаточного излучения накачки………...……….….	52
Заключение………………………………………………………..……….….	54
Список используемых источников…………………………………….……	56

Введение

В настоящее время оптоволоконные сети являются самым перспективным видом информационных сетей, что обусловлено множеством их преимуществ. В то время как одна из проблем коаксиальных кабелей – это их восприимчивость к электромагнитным полям, у оптоволоконных сетей такой недостаток отсутствует в принципе! А поэтому в современном мире именно оптоволокно является наилучшим способом передачи телекоммуникационных данных. Вид системы передачи с использованием оптического волокна называется волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС). Высокая популярность ВОЛС обусловлена тем, что оптоволокно имеет массу преимуществ не только перед медным кабелем, но и перед витой парой. Среди них можно выделить такие, как широкая полоса пропускания (частота несущей составляет 1014 Гц, что позволяет увеличить поток информации, передаваемый по одному оптическому волокну, до нескольких терабит в секунду), малое затухание светового сигнала в волокне (0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на 1 км, что позволяет строить линии протяженностью до 100 км) и высокая защита от помех (диэлектрический материал, из которого изготавливается оптоволокно, делает его невосприимчивым к электромагнитным помехам) [1-3].

Современный уровень развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) требует увеличения скоростей передачи информации (в диапазоне выше 1Гбит/сек) и увеличения длины ретрансляционных участков (в диапазоне выше 100км). Это вызывает необходимость поиска и разработки новых методов и устройств передачи информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Одним из наиболее перспективных методов является когерентный прием оптических сигналов, а одним из наиболее многообещающих элементов новых ВОЛС является волоконный оптический усилитель на основе волокон, легированных ионами редкоземельных элементов [4].

Однако, известно что с увеличением расстояния распространения оптического сигнала, происходит его как ослабление, так и уширения импульса, что требует применения специализированных устройств восстановления сигнала.

Так, в используемых в настоящее время трансатлантических линиях связи волоконные оптические усилители применяются для регенерации оптических сигналов со спектральным уплотнением. При этом широкая полоса усиления волоконного оптического усилителя позволяет проводить одновременную регенерацию до 10 каналов со спектральным уплотнением.

Использование оптического усиления является, по сути дела, единственным приемлемым способом регенерации оптического сигнала в системах с когерентным приемом. В отличие от традиционных опто-электронных регенераторов, при оптическом усилении происходит сохранение спектральных свойств исходного оптического сигнала, что весьма существенно для перспективных систем с когерентным приемом информации. Применение для этой цели оптических волоконных усилителей представляется наиболее перспективным в силу преимуществ, свойственных таким усилителям.

В настоящее время волоконные оптические усилители для работы в диапазоне 1,55мкм выпускаются промышленно. В то же время существует потребность в оптических усилителях для работы в диапазоне 1,3мкм, тогда как теория и практика таких усилителей развита гораздо меньше [5-6].

Преимущества волоконных оптических усилителей основаны на возможности целенаправленного применения оптических волоконных световодов для активного воздействия на параметры оптических сигналов, распространяющихся в световоде. Основная проблема при этом заключается в разработке специальных оптических волокон, сконструированных таким образом, чтобы обеспечить максимально эффективное целенаправленное изменение свойств сигналов, передаваемых по этому волокну.

К такому классу специальных оптических волокон относятся и волоконные оптические световоды, активированные ионами редкоземельных элементов, сочетающие в себе как волноводные свойства, присущие традиционным волоконным световодам, т.е. способность передавать оптические сигналы за счет полного внутреннего отражения излучения в сердцевине волокна, так и возможность активного воздействия на параметры этого оптического излучения за счет взаимодействия с активной усиливающей средой, образующей сердцевину волокна. Использование этих специальных оптических волокон в оптических системах передачи информации позволяет возложить на них часть функций, традиционно выполнявшихся электронными средствами - например, для усиления оптических сигналов, генерации мощных, коротких и сверхкоротких импульсов, в датчиках различных физических величин.

Передача цифровых сигналов в современных оптических системах передачи осуществляется в режиме уплотнения длин волн. Этот способ обеспечивает возможность повысить пропускную способность без повышения скорости передачи битов в отдельных каналах передачи. Это обеспечивает значительные преимущества по отношению к возникающим искажениям, обусловленным различным временем распространения (дисперсией), и позволяет применять более экономичные схемы передатчиков. Переналадки системы передачи или ошибки приводят к тому, что каналы должны подключаться и отключаться. Так как оптические усилители линии передачи обычно работают в режиме насыщения, то без принятия дополнительных мер отключение или подключение каналов приводило бы к изменению выходного уровня сигнала, передаваемого в активном канале [7].

Дипломная работы посвящена исследованию оптимальных параметров функционирования оптических усилителей EDFA.