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研究生:戴呈臻
研究生(外文):Cheng-Chen Tai
論文名稱:具有色散補償功能的混和型拉曼與摻鉺光纖放大器之研究
論文名稱(外文):Investigation of the EDF/Raman Hybrid Amplifier with Dispersion Compensation
指導教授:董正成
指導教授(外文):Jeng-Cherng Dung
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
論文頁數:118
中文關鍵詞:混和型放大器摻鉺光纖放大器拉曼放大器色散補償
外文關鍵詞:hybrid amplifiererbium-doped fiber amplifierraman fiber amplifierdispersion compensation
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本論文是針對拉曼/摻鉺光纖混和型放大器作設計以達到寬頻帶、高增益且增益平坦之特色。對於摻鉺光纖放大器而言,我們使用循環器達到光源在增益介質(EDF)作放大兩次(Double pass)的效果,使用幫浦光波長為977.3nm,使其均勻放大C-Band訊號;對於拉曼光纖放大器而言,考慮在增益介質(DCF)作兩次放大會有嚴重的光纖非線性效應,所以我們採用放大一次(One pass)的架構,我們採用1465nm、1480nm及1510nm三個不同幫浦光波長,讓L-Band訊號獲得均勻地放大。
我們所提出的實驗架構主要是運用兩個循環器將兩個放大器串聯起來,並使得拉曼光纖放大器達到單通而摻鉺光纖放大器達到雙通的效果。而我們實驗當中的增益介質是採用3公尺的摻鉺光纖搭配11.4公里的色散補償光纖。
當輸入訊號強度在-10dBm時,我們提出的拉曼/摻鉺光纖混和型放大器可以得到增益峰值22dB、波長為1557.78nm,以及3dB波寬約84nm涵蓋C-Band到L-Band波長範圍,而且1dB波寬也可達到約72nm。而且我們使用11.4公里的色散補償光纖(DCF)不僅可以補償60公里左右的單模光纖(SMF)色散值,也可以補償單模光纖鎖造成的損耗。
This paper is the design of Raman/EDF fiber hybrid amplifier to achieve broadband, high gain, and gain-flatten. For Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA), we use a circulator to make the light source do second pass (Double pass) through the gain medium (EDF). The wavelength of pump is 977.3nm. It can evenly amplify the C-Band signal; For Raman Fiber Amplifier (RFA), considering the double pass configurationa have serious fiber nonlinearities. So we adopt the one pass configuration. The pumping sources operating at 1465nm, 1480nm and 1510nm. It can evenly amplify the L-Band signal.
Our experimental architecture uses two circulators to connect two amplifiers in series, and make the RFA single pass EDFA to achieve double pass. The length of gain medium in our experiment is 3meters of Erbium-doped fiber (EDF) and 11.4 km of dispersion compensating fiber (DCF).
The proposed amplifier at input signal power of -10dBm, which the peak gain of 22dB are achieved at 1558.78nm. 3dB band width is about 84nm that cover entirely over C-band and L-band. 1dB flatten can also arrive about 72nm. We use the length of 11.4 km DCF can compensate not only 60km which dispersion caused by SMF, but also loss of SMF.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
第1章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文結構 3
第2章 光纖的發展、特性、元件、種類與放大器的介紹 5
2.1 光纖的歷史發展 5
2.2 光纖的特性 6
2.2.1 光纖損耗 6
2.2.2 光纖色散 10
2.3 光纖非線性效應 (Fiber Nonlinearities) 15
2.3.1 受激布里淵散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS) 16
2.3.2 受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS) 17
2.3.3 自相位調變(Self- Phase Modulation, SPM) 18
2.3.4 交互向位調變(Cross- Phase Modulation, XPM) 18
2.3.5 四波混和(Four Wave Maxing, FWM) 19
2.3.6 雙重雷利散射(Double Rayleigh Scattering, DRS) 19
2.4 光纖種類介紹 20
2.4.1 單模光纖 (Single-Mode Fiber, SMF) 20
2.4.2 色散位移光纖 (Dispersion Shift Fiber, DSF) 21
2.4.3 非零色散外移光纖 (Non-Zero Dispersion Shift Fiber, NZDSF) 21
2.4.4 色散補償光纖 (Dispersion Compensating Fiber, DCF) 22
2.4.5 極化保持光纖 (Polarization Maintaining Fiber, PMF) 22
2.4.6 摻鉺光纖 (Erbium-Doped Fiber, EDF) 23
2.5 光纖元件 24
2.5.1 光隔離器 (Isolator) 24
2.5.2 分波多工器 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 25
2.5.3 光纖布拉格光柵 (Fiber Bragg Grating, FBG) 26
2.5.4 光衰減器 (Attenuator) 27
2.5.5 光循環器 (Optical Circulator) 27
2.5.6 光連接器 (Optical Connector) 28
2.6 光學放大器的種類與介紹 29
2.6.1 半導體光放大器 (Semiconductor Optical Amplifier, SOA) 30
2.6.2 摻鉺光纖放大器 (Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) 31
2.6.3 拉曼光纖放大器 (Raman Fiber Amplifier, RFA) 31
2.6.4光學放大器的使用分類 32
第3章 光纖放大器之放大原理 35
3.1 拉曼光纖放大器的原理及介紹 35
3.1.1 拉曼放大器的基本原理 35
3.1.2自發拉曼散射(Spontaneous Raman Scattering) 35
3.1.3受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering) 36
3.1.4拉曼增益與頻寬 (Raman Gain and bandwidth) 37
3.1.5拉曼增益飽和 (Raman Gain Saturation) 39
3.1.6 極化狀態對拉曼增益的影響 42
3.1.7 雜訊指數(Noise Figure) 43
3.2 摻鉺光纖放大器的原理及介紹 43
3.2.1 摻鉺光纖放大器的放大機制 44
3.2.2 放大自發輻射(Amplifier Spontaneous Emission, ASE) 47
3.2.3 增益飽和(Gain Saturation) 48
3.2.4 雜訊指數(Noise Figure, NF) 50
第4章 傳統拉曼光纖放大器之實驗分析 55
4.1多輸入訊號傳輸之單向拉曼放大器 55
4.1.1 實驗架構 55
4.1.2 實驗結果 56
4.2單輸入訊號傳輸之單向拉曼放大器 59
4.2.1 實驗架構 60
4.2.2 實驗結果 61
4.3多輸入訊號傳輸之雙向拉曼放大器 62
4.3.1 實驗架構 62
4.3.2 實驗結果 63
4.4單輸入訊號傳輸之單向拉曼放大器 70
4.4.1 實驗架構 70
4.4.2 實驗結果 71
第5章 C-Band摻鉺光纖放大器之實驗分析 75
5.1多輸入訊號傳輸之單向摻鉺光纖放大器 75
5.1.1 實驗架構 75
5.1.2 實驗結果 76
5.1.3不同幫浦情況下特性的分析 79
5.2單輸入訊號傳輸之單向摻鉺光纖放大器 81
5.2.1 實驗架構 81
5.2.2實驗結果 82
5.2.3不同幫浦情況下特性的分析 84
5.3多輸入訊號傳輸之雙向摻鉺光纖放大器 86
5.3.1 實驗架構 86
5.3.2實驗結果 87
5.4單輸入訊號傳輸之雙向摻鉺光纖放大器 90
5.4.1 實驗架構 90
5.4.2實驗結果 91
第6章 混和型放大器之實驗分析 95
6.1多輸入訊號傳輸之混和型放大器 95
6.1.1 實驗架構 95
6.1.2 實驗結果 96
6.2單輸入訊號傳輸之混和型放大器 99
6.2.1 實驗架構 100
6.2.2 實驗結果 101
第7章 結果與討論 115
參考文獻 117
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