实验十二掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试 一、实验目的 1. 了解掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理、基本结构及相关特性； 2. 测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数，并根据测量的参数计算增益、输出饱和功率和噪声系数； 二、实验原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤喇曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV 网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域。在系统中EDFA有三种基本的应用方式：功率放大器（Power booster-Amplifier）、中继放大器（Line-Amplifier）和前置放大器（Pre-Amplifier）。它们对放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而中放两者兼顾。 1．掺铒光纤放大器的工作原理 Er3+能级图及放大过程：掺铒光纤放大器之所以能放大光信号的基本原理在于Er3＋吸收泵浦光的能量，由基态4I15/2跃迁至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁到不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，如图15-1所示，Er＋3从基态跃迁至泵浦态4I11/2。由于泵浦态上的载流子的寿命只有1μs，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子不断累积，从而实现粒子数反转分布。当有1550nm的信号光通过已被激活的铒光纤时，在信号光的感应下，亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态，同时释放出一个与感应光子全同的光
光纤放大器的调节方法 无线光通信是以激光作为信息载体，是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强(保密性好)，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可;与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为一种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子，会使光线在空间、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着光纤放大器(EDFA)的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 1 、EDFA的原理及结构 掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高、连接损耗低和偏振不敏感等优点，直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。 、 EDFA的原理 在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3+离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射(ASE)，它造成EDFA 的噪声。 、 EDFA的结构 典型的EDFA结构主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。掺铒光纤是EDFA的核心部件。它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺人固体激光工作物质铒离子，在几米至几十米的掺铒光纤内，光与物质相互作用而被放大、增强。光隔离器的作用是抑制光反射，以确保放大器工作稳定，它必须是插入损耗低，与偏振无关，隔离度优于40 dB。 、EDFA的特性及性能指标 增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比： 式中：Pout,Pin分别表示放大器输出端与输入端的连续信号功率。增益系数是指从泵浦光源输入1 mW 泵浦光功率通过光纤放大器所获得的增益，其单位为dB/mW：
东北石油大学课程设计 2014年3月7日
东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术课程设计 题目掺铒光纤放大器的设计 专业电子科学与技术姓名苗培梓学号100901240106 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容： 的掺铒光纤放通过学习光纤放大器的原理，设计一个能够对波长为1.55m 大器。 2、基本要求 要求在论文中写出掺铒光纤放大器的工作原理，结构与特性，以及优点与应用。 3、参考文献： [1] 刘增基，周洋溢著，光纤通信，西安电子科技大学出版社，2002.6. [2] 雷肇棣著，光纤通信基础，电子科技大学出版社，1999. [3] 马养武，包成芳，光电子学，浙江大学出版社，2003.3. 完成期限2014.3.3 ~2014.3.7 指导教师 专业负责人 年月日
第1章概述 掺铒光纤放大器，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器，是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件，在使用光纤的通信系统中，不需要将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。 1.1研究意义 众所周知，现今是信息时代，社会信息化进程正在逐渐的深入，整个社会受信息运行的影响也随之越来越大，随着因特网的普及和网上应用，使人们对一些新型信息服务的需求越来越迫切，例如家庭办公、远程教育、电子商务等，因此这就需要用到功能强大的通信网络，光纤通信作为一种理想的通信手段，具有了诸如较大的通信容量、较长的无中继通信距离、良好的保密性等许多的优点，这使得光纤通信取代其它通信手段是一种必然的趋势。 在光放大器中，掺铒光纤放大器，即EDFA，的技术比较成熟，自身性能较好，所以它的应用比较广泛。它具有高增益、低噪声、输出功率大、串话小，对温度偏振不敏感，藕合效率高，易与传输光纤藕合连接，损耗低，不易自激，对信号速率和格式透明，并具有几十纳米的放大带宽等优点。由于它几乎接近完美的特性及半导体泵浦源的使用，导致了它在波分复用系统中的广泛应用，随着光纤通信向速度更快、带宽更大方向的发展，随之对掺铒光纤放大器的性能也有着更高的要求。 1.2发展趋势及其前景 掺铒光纤放大器的研究始于60年代早期，E.Snitzer发现掺铒玻璃对1.50微米波长的激光有放大作用，提出了掺杂光纤放大器的设想，但由于当时未能解决热淬灭效应问题，而且随后出现了半导体光放大器，使得掺铒光纤放大器的研究停滞不前。直到80年代中期，南安普敦大学的研究人员通过改进的化学气相沉积法（MCVD）成功研制出了掺铒光纤，并在之后制作出了利用650nm波长50mW 的红染料激光器为泵浦的EDFA具有25dB的小信号增益；几乎同时贝尔实验室
药高检测光纤放大器调整方法 准备工作：准备装好规定药剂的管体一模（50发），作为标准样本，要求装药高度=规定高度下限-1mm，（例如：装药高度=40±1，则标准样本装药高度=38mm）, 准备垫片三块，要求如下： 垫片1：厚度1mm 二块， 垫片2：厚度=药高公差+1mm 一块（如装药高度标准为40±1mm，则垫片厚度为3mm） 一、设置 1、首先将光纤放大器恢复出厂设置，具体操作方法见说明书。 2、选择亮态/ 暗态操作 输入双脉冲（按动示教按钮两次）进行选择： 亮态操作： ? LCD 闪烁“lo” ? LO 图标 暗态操作： ? LCD 闪烁“do” ? DO 图标 3、设置光纤输出能量标准：药剂色泽暗选高能量，药剂色泽亮选低能量，确认后退出。 4、输出通道设置 通道1：设置下限通道2：设置上限 二、标定下限 首先将待标定标准样本底部加垫片1，放入药检工位模座内：
1、手动操作升降气缸电磁阀，使检测机头下降 2、选择通道1（按动示教按钮三次可转换通道）。 3、按动示教按钮一次，放大器显示窗闪动2nd字样，立即再按一次示教按钮，放大器显示窗闪动1st字样，待数字显示稳定后显示一数值，该数值就是样本下限，再按动示教按钮一次。马上操作升降气缸电磁阀，使检测机头上升，撤掉底部垫片1，再次手动操作升降气缸电磁阀，使检测机头下降，待数字显示稳定后显示一数值，该数值就是样本下限不合格参考值，再按动示教按钮一次，如全部显示PASS，则下限标定成功。此过程必须在60s内完成，如任一放大器显示FAIL则示教失败，需从新标定。 二、标定上限 首先将待标定标准样本底部加垫片2，放入药检工位模座内： 1、手动操作升降气缸电磁阀，使检测机头下降 2、选择通道2（按动示教按钮三次可转换通道）。 3、按动示教按钮一次，放大器显示窗闪动2nd字样，立即再按一次示教按钮，放大器显示窗闪动1st字样，待数字显示稳定后显示一数值，该数值就是样本上限，再按动示教按钮一次。马上操作升降气缸电磁阀，使检测机头上升，在底部增加垫片1，再次手动操作升降气缸电磁阀，使检测机头下降，待数字显示稳定后显示一数值，该数值就是样本上限不合格参考值，再按动示教按钮一次，如全部显示PASS，则上限标定成功。此过程必须在60s内完成，如任一放大器显示FAIL则示教失败，需从新标定。 至此D10光纤放大器调整完毕 注： 1、如在生产过程中出现过多废品，在保证产品质量的同时可适当加大药高公差，即调整垫片1与垫片2的厚度。
现代通信光电子学实验报告 实验名称：测量掺铒光纤放大器放大特性 学生姓名： 学号： 同组学生姓名：何子力 实验日期：2017.5.14 报告提交日期：2017.5.28
目录 一、实验目的和要求 (1) 二、实验内容和原理 (2) 2.1 掺铒光纤放大器的工作原理 (2) 2.2 增益特性分析 (5) 三、主要仪器设备 (6) 四、操作方法与实验步骤 (6) 五、实验结果记录 (9) 六、实验结果分析 (12) 七、结论与思考 (15) 八、参考资料 (16) 九、附件 (16)
一、实验目的和要求 1、了解掺铒光纤放大器的工作原理 2、理解惨耳光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能； 3、测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数并通过测量的参数计算增益， 输出饱和功率，噪声系数 4、了解影响掺铒光纤放大器放大率的因素 5、了解怎样使用实验仪器 6、确定掺铒光纤放大器工作的临界状态，绘制放大特性曲线 二、实验内容和原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用、密集波分复用、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。
实验十二掺铒光纤放大器实验 实验目的： 1. 理解掺铒光纤放大的原理； 2. 学习Optisystem 软件的使用； 3. 加深对光放大技术的认识。 实验仪器： 1. Optisystem 软件 实验原理： 1. EDFA的概念 EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。 信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。 泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm,波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。
2. 掺铒光纤放大器的基本结构 掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时， Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。 半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。 波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。 光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。 EDFA 的三种泵浦方式进行比较: 同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪声性能 反向泵浦(后向泵浦)型：输出信号功率高 双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高3dB ，且放大特性与信号传输方向无关 实验内容： 增益G 是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： G 与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。用Optisystem 软件完成如下测量。 1. 增益对输入光功率的依存关系 2. 增益G 与输入光波长的关系 3. 小信号增益随泵浦功率的关系 4. 小信号增益随EDF 长度的关系 实验报告要求： 根据实验内容，完成器件选择与数据测量，绘图并对实验现象进行分析。
光纤通信技术课程设计
掺铒光纤放大器(EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier)的设计 0概述 光线通信中采用光纤来传输光信号，一般它会受到两个方面的限制：损耗和色散。 就损耗而言，目前光纤的典型值在1.3um波段为0.35dB/km，在1.55um波段为0.20dB/km，由于光纤损耗的限制，所以在无中继传输距离一般为50—100km。20世纪80年代末期，波长为1.55um的摻铒光纤放大器（EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier）的研制成功并投入使用，打破了光纤通信传输距离受光纤色散和损耗的制约，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了革命性变化，把光纤通信技术推向一个新的高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。 1 摻铒光纤放大器的工作原理 铒是一种稀土元素，原子序数三68，原子量为167.3。铒的自由离子具有不连续的能级，当Er3+被结合到硅光纤时，它们的每个能级被分裂为许多紧密相关的能级---能带。 而能带的作用是，第一：使EDFA对光信号的放大不只是单个波长而是一组波长的能力，即在一段波长范围内的光波长都可以得到放大；第二：避免了细调泵浦激光波长。 下图1是掺铒光纤放大器的工作原理，说明了光信号被放大的原因。EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，信号光诱导实现受激辐射放大。从图1可以看出，在掺铒光纤放大器中，铒离子有三个能级：能级1代表基态，能量是最低的；能级2是亚稳态，处在中间能级；能级3代表激发态，能量最高。 Er3+在未任何光激励的情况下，处于最低能级基态上。在泵浦光的作用下，当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，电子不断从基态能级吸收泵浦光的能量跃迁到激发态，但是电子在激发态的生存期很短，而且激发态是很不稳定的，平均寿命为1us，电子迅速以“非辐射方式跃迁至亚稳态，在亚稳态上电子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而实现粒子数反转分布；铒离子被泵浦光不断地泵浦到亚稳态上，此时电子在亚稳态上生存期较长（~10ms），不断地积累实现粒子数反转分布。 图1
掺饵光纤放大器光纤通信课程设计
光纤通信课程设计题目：掺饵放大器 学院：物理与电子科学学院 年级专业： 08级电子<1>班 作者：侯进 学号： 200840620110 指导教师：刘广东
目录 概述 (3) 1. 铒离子的电子能级图 (3) 2. 掺铒光纤的光放大原理 (5) 3.掺饵光纤放大器的基本结构 (6) 4. 掺饵光纤放大器的特点 (7) 4.1 优点 (7) 4.2 缺点 (7) 5. 掺饵光纤放大器的应用 (8) 6. EDFA的增益特性 (8) 6.1 EDFA的放大特性 (8) 6.2 EDFA对增益的影响 (8) 7. 技术展望 (9) 参考文献 (9)
掺饵光纤放大器 概述 光纤通信中采用光纤来传输光信号，一般它受到两方面的限制:损耗和色散。就损耗而言，目前光纤损耗的典型值在1.3μm波段为0.35dB/km，在1.55μm波段为 0.20dB/km。由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为 50-100km. 90年代初期EDFA的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了深刻的变化。 一般，光放大器都由增益介质、泵源、输入输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类放大器，一类采用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素的光纤。掺稀土光放大器，是在光纤芯层中掺入极小浓度的稀土元素，如饵、谱或铥等离子制作出相应的掺饵、掺镨或掺铥光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。主要有: 掺铒光纤放大器（EDFA－Erbium Doped Fiber Amplifier）、掺镨光纤放大器(PDFA- Praseodymium Doped Fiber Amplifier) 和掺铥 光纤放大器 (TDFA- Thulium Doped Fiber Amplifier)
光纤放大器（ EDFA ）的调试与维护 随着有线数字电视业务在各地的开展，由于有线数字电视集电视技术、计算机技术和通讯技术于一体，搭建平台的费用投入和维护技术难度加大，以州市级分公司为基础搭建有线电视数字电视平台是目前较好的选择，选用 1550nm 模拟传输方式实现分支公司的联网，由于 1550nm 窗口的低损耗和传输设备价格的不断降低．在本地接入网光节点数量不断增加的情况下，其性价比使得 18dB-22dB 大功率掺铒光纤" target="_blank">光纤放大器 (EDFA) 使用的数量越来越大。从表面看， EDFA 非常简单，就是一个光纤输入口 (IN) 和光纤输出口 (0UT) 、显示板和面板按键。但若不注意细节．在开通使用中就有可能损坏 EDFA ，笔者就自己在实际工作中遇到的问题撰写此文．简单谈谈 EDFA 的调试与维护。 1 ．测量输入的光功率．并做好记录。厂家提供的 EDFA 的输入光功率范围都较宽，但为保证载噪比指标，在不超过其最高允许输入光功率的条件下，应尽量提高 EDFA 的输入光功率，一般情况下不要低于 3dB 。 2 ．关机的条件下，擦拭尾纤端面后插好输入尾纤，用与光放大器输出端匹配的尾纤连接光功率计，开机测试输出功率应符合光放大器的输出光功率。 3 ．再次关机后，将尾纤连接至光分路器，测量分路器各路的输出光功率．并做好记录。 4 ．由于光放大器的输出功率高 63mW(18dB) ～ 158 ． 5mW(22dB) 插拔尾纤和对尾纤端面进行擦拭，必须在关机的条件下，否则会因在插拔尾纤和对尾纤端面进行擦拭的瞬间，由于反射功率过高损坏光发射模块或光模块输出尾纤的端面。 举例：为开通大理市喜洲镇分前端 1550nm 信号．需在银桥分前端安装一台 22 dB 光放大器，首先测试输入光功率为 5 ． 9dB 。插好光放大器的输入尾纤，连接好输出尾纤及光功率计．开机测得光功率为 18 ～ 22 ． 5dB 不稳定，在未关机的情况下，插拔尾纤和对尾纤端面进行了擦拭，光放大器输出光功率变为 7-9 ． 8dB ，而 EDFA 面板显示输出为22 ． 9dBm ，经征得厂商授权同意．打开外壳发现光放大器输出模块的尾纤与适配器 ( 法兰盘 ) 连接松动．但直接测量光放大器输出模块的尾纤端，光功率为 10.2 dB ，经咨询厂商得知，估计是光放大器输出模块的尾纤端面烧坏了，更换连接尾纤后，输出光功率恢复至22 ． 5 dB ，将尾纤连接至适配器 ( 法兰盘 ) ，故障排除。此次故障第一次是由于光放大器输出模块的尾纤头与适配器 ( 法兰盘 ) 松动引起光功率降低，但在反复测试和擦拭尾纤端面过程中忘记关机，导致光放大器输出模块的尾纤头端面烧坏，引起第二个故障。
掺铒光纤放大器(EDFA)特性参数测量 一、实验目的 1.了解掺铒光纤放大器的工作原理及相关特性； 2.掌握掺铒光纤放大器性能参数的测量方法； 二、实验原理 掺铒光纤放大器(Er Droped Fiber Amplifier,EDFA)的出现是光纤通信发展史上一个重要里程碑。1986年英国南安普敦大学制作出了最初的掺铒光纤放大器。在此之前，由于不能直接放大光信号，所有的光纤通信系统都只能采用光-电-光中继方式。光纤放大器可直接放大光信号，这就可使光-电-光中继变为全光中继。这是一次极为重要的飞跃，把光通信推向了一个新的阶段，其意义可与当年用晶体管代替电子管相提并论。当作为掺铒光纤放大器泵浦源的0.98um和1.48um的大功率半导体激光器研制成功后，掺铒光纤放大器趋于成熟，进入了实用化阶段。掺铒光纤放大器的意义不仅在于可进行全光中继，它还在多方面推动了光纤通信的发展，引起了光纤通信的革命性变革。其中最突出的是在波分复用(WDM)光纤通信系统中的应用。波分复用是在一根光纤上传输多个光信道，从而充分利用光纤带宽，有效扩展通信容量的光纤通信方式。由于掺铒光纤放大器具有约40nm的极宽带宽，可覆盖整个波分复用信号的频带，因而用一只掺铒光纤放大器就可取代与信道数相应的光一电一光中继器，实现全光中继。这极大地降低了设备成本，提高了传输质量。这一优越性推动了波分复用技术的发展。现在EDFA+WDM已成为高速光纤通信网发展的主流，代表新一代的光纤通信技术。（1）EDFA的工作原理 铒(Er)是一种稀土元素(属于镧系元素)，原子序数是68，原子量为167．3。EDFA利用了镧系元素的4f能级，图1是Er+3的能级图。在掺铒光纤中．由于石英基质的作用，4f的每一个能级分裂成一个能带。图中4I15/2能带称为基态；4I 能带称为亚稳态，在亚稳态上粒子的平均寿命时间达到10ms。4I11/2能带为13/2 泵浦态，粒子在泵浦态上的平均寿命为1us。除图中标出的吸收带外，Er+3还有800nm等其它吸收带。由于980 nm和1 480 nm大功率半导体激光器已完全商用化，并且泵浦效率高于其它波长，故得到了最广泛的应用。 掺铒光纤之所以能放大光信号的基本原理在于Er+3吸收泵浦光的能量，由基态4I15/2跃迁至处于高能级的泵浦态。对于不同的泵浦波长，电子跃迁至不同的
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。此文介绍了光放大器技术的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了比较。 关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器 0、综述 20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。在市场需求的大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。但由于光纤损耗和非线性的影响，无中继传输距离成为制约系统容量和速率的瓶颈，而中继放大技术成了光通信领域的关键技术之一。传输系统中的光纤损耗使信号随传输距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通信线路上设置中继器对信号进行再生放大。在光放大器没有出现之前，光纤传输系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。20世纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键技术。此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。又由于此技术与调制形式和比特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。 1、光放大器分类及原理 光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距离。一个好的光放大器应具有输出功率高、放大带宽宽、噪声系数低、增益谱平坦等特性。光放大器主要分为光纤型放大器（FA）和半导体放大器（SOA）两大类，其中光纤型放大器（FA）还可再分为掺稀土光纤放大器和常规光纤放大器，具体分类详见图1（2）.本文中，仅对掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤拉曼放大器(FRA)作以介绍和分析。
实验二十掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试 一、实验目的 1.测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数，并根据测量的参数计算增益、输出饱和功率和噪声系数； 2.了解掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能。 二、实验原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤喇曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域。在系统中EDFA有三种基本的应用方式：功率放大器（Power booster-Amplifier）、中继放大器（Line-Amplifier）和前置放大器（Pre-Amplifier）。它们对放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而线放两者兼顾。 3．掺铒光纤放大器的工作原理
实验十二掺铒光纤放大器实验 实验目的： 1. 理解掺铒光纤放大的原理； 2. 学习Optisystem 软件的使用; 3. 加深对光放大技术的认识。 实验仪器： 1. Optisystem 软件 实验原理： 1. EDFA 的概念 EDFA 采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光 诱导下实现受激辐射 放大。 1530nm-i 570nm 980nm or 」 信号光与波长较其为短的光波 （泵浦光）同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元 素离子吸收而使其跃迁至更高能级， 并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。 信 号 光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。 泵浦波长可以是 520、650、800、980、1480nm,波长短于980nm 的泵浦效率低，因而 通常采用980和 1480nm Amplified output signal Fiber containing
9ft0nm 畢态H80uin ■ ? ■ ■ ■
2. 掺铒光纤放大器的基本结构 Er-DOPED FIBER AMPLIFIER 掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时， 从低能级被激发到高能级上， 由 于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上， 并在该能级和低能级间形 成粒子数反转分布。 半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。 波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。 光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。 EDFA 勺三种泵浦方式进行比较 ： 同向泵浦（前向泵浦）型：好的噪声性能 反向泵浦（后向泵浦）型：输出信号功率高 双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高 3dB,且放大特性与信号传输方向无关 实验内容： 增益G 是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： p G （dB ） 1Olog 10 s,out Fs,in G 与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。 用Optisystem 软 件完成如下测量。 1. 增益对输入光功率的依存关系 2. 增益G 与输入光波长的关系 3?小信号增益随泵浦功率的关系 4?小信号增益随EDF 长度的关系 实验报告要求: 根据实验内容，完成器件选择与数据测量，绘图并对实验现象进行分析。 Pump L*MF Inpul Signal I Er^Dopfid Fiber Ootlc.1 PumpSlQn*! 器鶯呎 PT AfflplWied Signal ■ Optical IsoLatof
实验七掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试 一、实验目的 1.测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数，并根据测量的参数计算增益、输出饱和功率和噪声系数； 2.了解掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能。 二、实验原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤喇曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域。在系统中EDFA有三种基本的应用方式：功率放大器（Power booster-Amplifier）、中继放大器（Line-Amplifier）和前置放大器（Pre-Amplifier）。它们对放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而线放两者兼顾。 3．掺铒光纤放大器的工作原理
毕业设计（论文）报告 题目掺铒光纤放大器的原理与应用 系别尚德光伏学院 专业应用电子技术（光电子技术方向）班级0903 学生姓名刘钰华 学号090264 指导教师
2012年4 月
掺铒光纤放大器的原理与应用 摘要:光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成部分。光纤放大器（简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。 本论文介绍了掺铒光纤放大器(简写EDFA)的相关理论。首先对光纤放大器的种类进行大致的简介，其次阐述了掺铒光纤放大器的历史和发展，以及对掺铒光纤放大器工作原理进行了介绍。重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。 关键字：光纤、光纤通信、掺铒光纤放大器、应运
Principles and applications of the erbium-doped fiber amplifier Abstract：Optical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of communication. Large capacity optical fiber communication with the communication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important component of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber communication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.
朱军，曹志刚，阮于华，俞本立 (安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室，安徽 合肥 230039) E-mail: zhuj@https://www.doczj.com/doc/365812212.html, 摘 要： 给出了一种全保偏掺铒光纤放大器。通过对放大器结构和光纤参数的优化，提高了泵浦效率、输出信噪比和输出功率，使放大器的输出性能达到最佳。实验表明，该放大器的输出功率可达105mW，偏振消光比在15dB以上，输出信噪比达到40dB以上。 关键词：掺铒光纤放大器 保偏 高功率 中图分类号：TN253 1. 引 言 随着光纤通信技术以及光纤传感技术的发展，特别是在一些相干通信和相干型传感系统当中，需要具有单频线偏振而且高功率输出的光源。一般保偏光纤激光器虽然可以满足线偏振输出，但功率上却很难达到要求。这种情况下，通过光放大器来提高功率是一个很好的方案，但普通掺铒光纤放大器由于在其放大过程中会改变激光的偏振状态，所以并不能满足要求，这就需要一种既能保持激光的偏振特性又可以实现高增益的光纤放大器。目前，国外已有相关机构展开了这方面的研究[1-2]，而此类研究在国内还未见到报道。本文在双向泵浦光纤放大器结构的基础上，利用保偏器件和保偏掺铒光纤，构建了一种全保偏掺铒光纤放大器，并且通过实验对放大器的结构以及光纤参数进行了优化，使放大器输出性能达到最佳。2. 实验装置 一般掺铒光纤放大器（EDFA）往往采用双向泵浦结构如图1所示，这种泵浦方式结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使泵浦光在掺铒光纤（EDF）中均匀分布，从而实现增益在EDF中的均匀分布。然而在小信号放大的EDFA中，输出端剩余的泵浦光功率一般仍然大于粒子数反转的阈值功率，似乎意味着增加EDF的长度仍可增大增益，但当EDF的长度增加到大于最佳长度，又会导致输入端附近的反向ASE功率大大增加，它又将以消耗反转粒子的方式阻碍增益的增加[3]。因此，采用这种双向泵浦结构虽然可以使增益在EDF中均匀分布，但是总的泵浦利用效率尚显不高。 图1 普通双向泵浦EDFA原理图 1本课题得到安徽省优秀青年科技基金（项目编号：04042045）资助。
光纤通信仿真实验
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实验一光通讯系统WDＭ系统设计 一.实验目的 １．了解光通讯系统WDＭ系统的组成； 2.学会掌握使用optisystem仿真软件; 二.实验原理 (1）WＤＭ系统的基本构成 WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WＤM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的,所以彼此间不会混淆,在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开,完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。 (２）双纤单向ＷDM系统的组成 以双纤单向WDＭ系统为例,一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1.光发射机 光发射机是WDＭ系统的核心，除了对WＤM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外,还应根据WＤM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA)放大输出。 2.光中继放大器 经过长距离（80~１20ｋm）光纤传输后,需要对光信号进行光中继放大,目前使用的光放大器多数为掺铒光纤光放大器（EＤFA）。在WDM系统中必须采
KEYENCE(FS-V33)光纤放大器简易说明： 一、零件名称： 部件简易功能： 1通道1输出指示：通道1检测值大于设定值时信号输出灯亮。 2通道2输出指示：通道2检测值大于设定值时信号输出灯亮。 3设定按钮：设定灵敏度和其他功能设定。 4设定值显示：功能显示和设定值显示。(浅绿色) 5检测值显示：显示检测值和功能显示。(红色) 6灵敏度调整按钮：修改设置值和选项切换。 7模式按钮：模式选择。 8输出选择钮：输出方式选择。 9通道选择开：通道1，2输出选择开关。(应选择1上图为选择2) 二、放大器上设置灵敏度： (一)两点校准
该模式中，使用的设定值将是有无纸张时获得的两个检测值的平均值。 1在前规检测处没有纸时，按3“设定按钮”显示“set”，（见下图）。 2在前规检测处有纸时,再按3“设定按钮”5"检测值"会增加，并显示设定值。 (二)最大灵敏度 1在不放置纸张时，按3“设定按钮”至少3秒钟显示“set”，（见下图）。2“set”不停闪烁时松开3“设定按钮”即可。 三、触摸屏上设置灵敏度： 在光电光纤显示画面中按“前规设定”按钮，弹出前规检测设画面。 (一)单个设定：一个前规设定。 1在前规检测处没有纸时，根据要设置的检测点，按相应“设置”按钮。 2在前规检测处有纸时，根据要设置的检测点，按相应“设置”按钮。
(二)整体设定：L侧和R侧同时前规设定。 1在前规检测处没有纸时，按“全体设置”按钮。 2在前规检测处有纸时，按“全体设置”按钮。 四、当出现错误显示ErE(内部数据错误)需要执行初始化设置 （一般不操作） 1、按8“输出选择钮”同时按3“设定按钮”至少5秒钟。（见下图） 2、显示出“rSt”后按7“模式按钮”将显示“no”。（见下图） 3、用6“灵敏度调整按钮”选择“init”后按7“模式按钮”结束初始化。(见下图)
光纤放大器的常规调节方法 使用漫反射光纤，状态在 1.将MODE 拨到 2.通电后，将光纤对到检测物体，红光OUT亮，将旋钮左旋到OUT灯灭，再将旋钮向右以 1/4圈的速度旋转到OUT红灯亮，调整完毕。如需反向动作，做切换 使用对射光纤，状态在 1.将MODE拨到 2.通电后，将光纤安装好，没有检测物体的情况下，如红灯亮，将旋钮左转到OUT灯灭， 再将旋钮向右以1/4圈的速度旋转到OUT红灯亮，调整完毕。将检测物体放入光纤之间，OUT灯灭。如需反向动作，做切换 光纤放大器工作原理及其在无线光通信的应用 0 引言 无线光通信是以激光作为信息载体，是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。与微波通信相比，无线光通信所使用的激光频率高，方向性强(保密性好)，可用的频谱宽，无需申请频率使用许可；与光纤通信相比，无线光通信造价低，施工简便、迅速。它结合了光纤通信和微波通信的优势，已成为一种新兴的宽带无线接人方式，受到了人们的广泛关注。但是，恶劣的天气情况，会对无线光通信系统的传播信号产生衰耗作用。空气中的散射粒子，会使光线在空问、时间和角度上产生不同程度的偏差。大气中的粒子还可能吸收激光的能量，使信号的功率衰减，在无线光通信系统中光纤通信系统低损耗的传播路径已不复存在。大气环境多变的客观性无法改变，要获得更好更快的传输效果，对在大气信道传输的光信号就提出了更高的要求，一般地，采用大功率的光信号可以得到更好的传输效果。随着
光纤放大器(EDFA)的迅速发展，稳定可靠的大功率光源将在各种应用中满足无线光通信的要求。 1 EDFA的原理及结构 掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声低、频带宽、输出功率高、连接损耗低和偏振不敏感等优点，直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，能够保证光信号在最小失真情况下得到稳定的功率放大。 1．1 EDFA的原理 EDFA的泵浦过程需要使用三能级系统，如图1所示。 在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于 Er3+离子在亚稳态能级上