摘要
随着5G/6G通信、云计算、大数据和全球移动互联的不断发展，光纤通信系统正面临巨大的扩容压力。在长距离通信中，密集波分复用系统的传输带宽受到掺铒光纤放大器（EDFA）工作带宽的限制，传统的C波段EDFA和L波段EDFA已无法满足通信系统的要求。C+L波段EDFA能够拓展EDFA的工作带宽，增加通信系统的传输容量，是长距离通信的支撑技术，对物联网、人工智能和5G/6G通信等相关产业的发展至关重要。 目前，C+L波段EDFA技术面临着两个关键问题：（1）如何解决C/L波段波分复用器带来的“死区”问题。C+L波段EDFA通常采用C/L波段波分复用器将C波段EDFA和L波段EDFA并联组成，然而该分光器件在1565nm附近存在不能有效放大的“死区”，减少了通信传输的信道数。（2）如何扩展L波段EDFA的工作带宽。传统的L波段EDFA只能实现约35nm的工作范围，造成了可用带宽的浪费。针对以上问题，本文围绕C+L波段EDFA展开如下工作： （1）建立基于Giles模型的EDFA模型，对EDFA的数值模拟算法进行改进，该模型能够计算的EDF长度达到了80m甚至更长且迭代收敛速度更快，与普通的C波段EDFA模型相比具有更广的模拟范围。利用该模型分析EDF长度、铒离子浓度、泵浦光功率和输入信号光功率对EDFA增益和噪声特性的影响，并总结不同EDF材料和不同结构对EDFA的影响，为高性能EDFA的研制提供理论指导。 （2）研制一种基于C/L波段波分复用器的并联式C+L波段EDFA，能够实现超过85nm（1525~1610nm）的放大且增益大于40dB，1615nm的增益达到32.4dB，噪声系数除1567nm均小于6dB，1555nm和1575nm的饱和输出功率超过20dBm。该方案能够有效放大C和L波段信号，在光纤通信系统中具有很大的应用价值。此外，还研制了一种基于宽带啁啾光纤光栅的串联式C+L波段EDFA，能够实现超过85nm（1525~1610nm）的放大且增益大于25dB，1615nm的增益达到19.4dB，噪声系数小于8dB。与并联方案相比，串联方案具有结构紧凑、所用器件少和成本低等优点，但噪声特性较差。 （3）研制一种基于铋铒共掺光纤（BEDF）的C+L波段铋铒共掺光纤放大器（BEDFA），使用一根BEDF实现70nm（1530~1600nm）的无缝放大且增益在20dB以上。该方案避免了采用C/L波段波分复用器带来的“死区”问题，利用一根光纤同时放大C和L波段信号，在未来光纤通信系统中具有很大的潜力。
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