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掺铒光纤放大器自动增益控制电路研究

廖天奎  
【摘要】:波分复用加掺铒光纤放大器(WDM+EDFA)已经成为光纤通信技术发展的主流。但是,在长距离波分复用系统中级联使用EDFA还面临着一个主要问题,这就是网络的动态特性。这种动态特性是由于网络管理(如WDM信道的上下线、网络重构、设备升级和保护开关等)所引起的。由于在WDM系统中,各个信道共用光有源器件(如EDFA),对某一信道的网络操作有可能影响其它信道的功率和噪声特性。为了减少这种影响,EDFA的自动增益控制(AGC)极其重要。 本文旨在研究和设计EDFA的自动增益控制电路。论文首先对掺铒光纤发展历史和现状及其运用前景作了介绍;然后对掺铒光纤中铒粒子的光谱特性作简单的介绍,对掺铒光纤放大器的原理及相关的参数进行了解释和分析;讨论了自动增益控制在WDM系统中的重要性,而电路自动增益控制由于性能稳定、性能良好,所以在实际运用中倍受青睐。本文完成的工作主要包括以下几个方面: 论文对EDFA的控制电路进行了设计。硬件设计包括自动温度控制(ATC)、自动功率控制(APC)、保护电路、泵浦运行状态参数和输入输出光功率的采样电路、人机界面的设计。软件设计主要是对EDFA的运行参数进行监控、处理报警、与上位机进行通信等方面的设计。该电路已经商品化。 论文对各种EDFA自动增益控制技术进行了归纳,然后对EDFA在WDM系统中的增益动态特性进行了分析,得到铒光纤(EDF)的瞬态响应是波长、剩余信道功率和泵浦功率的函数,控制算法采用了自适应算法来对增益进行控制。另外,为了尽可能减小由于网络管理而引起的增益波动,提出了前馈控制和反馈控制相结合的控制方法。 最后,用基于DSP的自适应算法对EDFA的增益进行自动控制,并设计了相应的硬件和软件,其中包括了原理图、印制板及软件设计,实际调试证明DSP增益自动控制电路能够完成设计目标。 总之,本论文的目的在于从工程的角度对EDFA的电路控制部分进行设计和研究,探讨与之相关的一系列理论和技术问题,对EDFA的具体研发和实际生产具有很强的指导意义。


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