大功率1550n m
铒镱共掺光纤放大器
说明书
前言
本手册适用于高功率光纤放大器(HPEDFA)；主要阐述了该产品的性能特点、技术参数、安装调试和常见故障处理等相关内容。为了确保设备能被顺利安装和安全运行，敬请用户在安装调试本设备前，务必仔细阅读本手册，并严格按照手册上规定的操作步骤进行安装调试，以免对设备造成不必要的损坏，或对操作人员造成意外伤害；如有疑问，请及时与本公司联系。
特别提示：
■铒镱共掺光纤放大器是高档专业设备，其安装调试必须由专业技术人员进行操作，并在操作前仔细阅读本手册，以免因误操作而损坏设备，或对操作人员造成意外伤害。
■在光纤放大器工作时，位于前面板的光信号输出适配器内会有不可见的激光束射出，应避免光信号输出口对准人体，更不能用肉眼直视光输出口，以免对人体、人眼造成永久性伤害！！！
■设备在加电工作前，应先确认机壳和电源插座的接地端已可靠接地（接地电阻应＜4Ω），以免静电损坏激光器件，并防止机壳带电而对人体造成伤害。■为了确保设备能长期稳定工作，在电网电压不稳定或电压波形较差的地区，建议用户为设备配置专用的交流稳压电源，有条件的用户更可配置不间断稳压电源（UPS）系统；在环境温度变化太大或机房环境较差（设备的理想工作环境温度为25℃）的地区，建议用户为设备配置专用的空调系统，以改善设备的工作环境。
目录
一、应用................................................................. - 4 -
二、性能特点............................................................. - 4 -
三、原理框图............................................................. - 4 -
四、技术参数............................................................. - 5 -
4.1 技术参数......................................................... - 5 -
4.2型号与功率对照表................................................. - 6 -
五、外部功能说明......................................................... - 6 -
5.1前面板说明....................................................... - 7 -
5.2后面板说明....................................................... - 8 -
5.2.1 DC电源模块介绍............................................ - 8 -
六、菜单系统............................................................. - 8 -
6.1显示参数说明..................................................... - 8 -
6.1.1 主菜单..................................................... - 8 -
6.1.2 显示菜单.................................................. - 10 -
6.1.3 设置菜单.................................................. - 11 -
6.1.4 警告菜单.................................................. - 12 -
七、通讯设置说明........................................................ - 13 -
7.1通讯接口说明.................................................... - 13 -
八、安装调试............................................................ - 13 -
8.1开箱检查........................................................ - 13 -
8.2仪器和工具...................................................... - 14 -
8.3安装步骤........................................................ - 14 -
九、售后服务说明........................................................ - 14 -
十、光纤活动连接头的清洁维护方法........................................ - 15 - 十一、免责申明.......................................................... - 15 -
一、应用
■单模光纤1550放大网络
■ FTTH网络
■ CATV网络
二、性能特点
高功率光纤放大器(HPEDFA)是一款低噪声、高性能铒镱共掺光纤放大器。每个输出端口可内置一个CWDM（1310/1490/1550)波分复用器，通过1310nm和1490nm 光连接口可以方便的将OLT和ONU的数据流复用到光纤放大器输出口。从而减少了器件数量，提高了系统指标和可靠性，是FTTx网络的理想设备。为三网融合、光纤到户，提供了一种灵活的低成本解决方案。
■采用铒镱共掺双包层光纤技术；
■输出端口：4~64路可选；
■输出光功率：最高可达10W的总输出；
■低噪声系数：0dBm输入时低于5dB；
■完善的网管接口，符合国标SNMP网管；
■智能化温控系统,使整机功耗更低；
三、原理框图
内置波分复用原理图
四、技术参数
4.1 技术参数
项 目 单位 技 术 参 数
备 注 CATV 带通过波长 nm 1545 - 1565 PON 带 通过波长 nm 1260 - 1360 1480 - 1500
PON 带插入损耗 dB <0.8
隔离度
db >15 CATV 带输入光功率范围 dBm
-3 - +10 最大输出光功率 dBm 39 输出功率稳定度 dBm ±0.5
噪声系数 dB ≤ 5.0 输入光功率0dBm ，
λ=1550nm
反射损耗
输 入 端 dB ≥ 45 输 出 端
dB ≥ 45 光连接器类型
SC/APC
C/N dB ≥ 50 测试条件按GT/T 184-2002 执行。
C/CTB dB ≥ 63 C/CSO dB ≥ 63
电源电压 V A:AC160V - 250V （50 Hz ）；B:DC48V
整机功耗 W ≤ 70 工作温度范围 ℃ -10 - +42 最大工作相对湿度 % 最大95%无冷凝 储存温度范围 ℃ -30 - +70 最大储存相对湿度 % 最大95%无冷凝
外 形 尺 寸
mm
483（L ）X 440（W ）X 88（H ）
4.2型号与功率对照表
型号总输出功率dBm 输出口数每口输出功率dBm EYA-4 -18 25 4 18
EYA-4 -19 26 4 19
EYA-4 -20 27 4 20
EYA-4 -21 28 4 21
EYA-4 -22 29 4 22
EYA-4 -23 30 4 23
EYA-4 -24 31 4 24
EYA-8 -15 25 8 15
EYA-8 -16 26 8 16
EYA-8 -17 27 8 17
EYA-8 -18 28 8 18
EYA-8 -19 29 8 19
EYA-8 -20 30 8 20
EYA-8 -21 31 8 21
EYA-8 -22 32 8 22
EYA-8 -23 34 8 23
EYA-16 -15 29 16 15
EYA-16 -16 30 16 16
EYA-16 -17 31 16 17
EYA-16 -18 32 16 18
EYA-16 -19 33 16 19
* EYA-16 -20 34 16 20
* EYA-16 -21 35 16 21
* EYA-16 -22 36 16 22
EYA-32 -15 32 32 15
EYA-32 -16 33 32 16
* EYA-32 -17 34 32 17
* EYA-32 -18 35 32 18
* EYA-32 -19 36 32 19
* EYA-32 -20 37 32 20
* EYA-32 -21 38 32 21
* EYA-32 -22 39 32 22
五、外部功能说明
5.1前面板说明
前面板示意图
1)电源指示灯：当内部一个开关电源工作时该指示灯亮黄灯，二个开关电源工
作时亮绿灯。
2)输入光功率指示灯：输入的光功率大于-10dBm时该指示灯亮。
3)泵浦工作状态指示灯：该灯为红灯常亮时表示泵浦没有工作，机内各项参数
均正常；当为红灯闪烁时表示该机有故障，相关故障原因可查看显示菜单中的告警菜单项；当该灯为绿灯常亮时表示泵浦正在正常工作中。
4)输出光功率指示灯：输出的光功率大于+10dBm时该指示灯亮。
5)160×32点阵液晶显示屏：用于显示本机的所有参数。
6)显示设置菜单的退出或取消键。
7)显示设置菜单的向上或增量键。
8)显示设置菜单的向下或减量键。
9)显示设置菜单的确定键。
10)1310&1490nm信号进出口。
11)光信号输入口：接口类型默认规格为SC/APC，如有其他规格要求时，由客
户指定。
12)泵浦激光器开关钥匙：用于控制泵浦激光器的工作状态。“ON”表示泵浦激
光器开启，“OFF”表示泵浦激光器关闭。设备在通电前需确认钥匙在OFF”
位置，等设备自检通过后，根据显示屏提示信息，把钥匙旋至“ON”位置。
13)公共口：此接口是设备1550nm信号的输出端口，也是1310&1490nm信号的
输入输出端口。端口数量4-16可选。
警告：在设备正常工作后，此端口有不可见的激光束射出，应避免该端口对准人体或肉眼，以免造成意外伤害。
5.2后面板说明
后面板示意图
1)风扇出风口
2)RS232接口：用于配置本机的各项网管参数。
3)LAN接口：符合IEEE802.3 10Base-T的接口，用于本机的网络管理。
4)电源1 220V输入口。
5)电源1保险丝。
6)电源1开关。
7)电源2 220V输入口。
8)电源2保险丝。
9)电源2开关。
10)机壳接地螺柱：用于设备与接地线的连接。
5.2.1 DC电源模块介绍
1 安装螺丝
2 +极接线端子
3 - 极接线端子
六、菜单系统
6.1显示参数说明
6.1.1 主菜单
Name display discription
System Starting xxxxxxx 厂家logo.
xxxxxxx 设备型号
xxxxxxx 开机倒计时/锁定状态
Suspend Page In: xx.x out: xx.x
Unit: dBm
显示输入/输出光功率
Main Page 1.Disp Parameters 参数显示菜单入口
2.Set Parameters 参数设置菜单入口
3.Alarm Status 报警信息菜单入口
6.1.2 显示菜单
1.Disp Parameters
Input Power: xx.x dBm 输入功率，显示到0.1 dBm Output Power: xx.x dBm 输出功率，显示到0.1 dBm Pump1 Power: xx.x mW 泵浦1功率，显示到0.1 dBm Pump1 Bias: x.x A 泵浦1偏置电流，显示到0.1 A Pump1 Temper: xx.x℃泵浦1温度，显示到0.1℃Pump1 Cooling: x.xx A 泵浦1制冷电流，显示到0.01 A Pump2 V ol: x.x V 泵浦2驱动电压，显示到0.1 V Pump2 Bias: x.x A 泵浦2偏置电流，显示到0.1 A Pump2 Temper: xx.x ℃泵浦2温度，显示到0.1 ℃Pump2 Tec V ol: x.x V 泵浦2制冷剂电压，显示到0.1 V Pump2 Cooling: x.xx A泵浦2制冷电流，显示到0.01 A TEC V ol: x.x V 泵浦2制冷器一级电压，0.1 V
+5V Read: x.x V +5V 电源电压，显示到0.1 V
-5V Read: -x.x V-5V电源电压，显示到0.1 V Box Temper: xx.x ℃机箱温度，显示到0.1 ℃
S/N: xxxxxxxx 设备序列号
IP Address: xxx.xxx.xxx.xxx
Ip 地址
Subnet Mask:xxx.xxx.xxx.xxx 子网掩码 Net Gateway:xxx.xxx.xxx.xxx 网关
Mac: xxxxxxxxxxxx 物理地址 Trap1: xxx.xxx.xxx.xxx trap1地址 Trap2: xxx.xxx.xxx.xxx
trap2地址
Software Version: Vx.xx.x.x 固件版本号
6.1.3 设置菜单
2.Set Parameters
Set Low Input Threshold 设置输入光功率低报警阈值，范围-3.0～10.0dBm
Set High Input Threshold
设置输入光功率高报警阈值，范围-3.0～10.0dBm
Set Output ATT
设置输出光功率衰减 Set Local IP Addr 设置ip 地址 Set Subnet Mask 设置子网掩码 Set Gateway 设置网关 Set Trap1 Address 设置trap1 Set Trap2 Address 设置trap2 Set Buzzer cfg 设置蜂鸣器开关
Restore Factory config
恢复出厂配置，项目如上所示设置内容
6.1.4 警告菜单
3.Alarm Status
Input Status: xxx
xxx= LOLOW: 输入光功率极低报警
xxx= LOW: 输入光功率低报警
xxx= HIGH: 输入光功率高报警
Xxx= HIHIGH: 输入光功率极高报警Output Status: xxx
xxx= LOLOW: 输出光功率极低报警
xxx= LOW: 输出光功率低报警
xxx= HIGH: 输出光功率高报警
Xxx= HIHIGH: 输出光功率极高报警Pumpx Power: xxx
xxx= LOLOW: 泵浦x功率极低报警
xxx= LOW: 泵浦x功率低报警
xxx= HIGH: 泵浦x功率高报警
Xxx= HIHIGH: 泵浦x功率极高报警Pumpx Bias: xxx
xxx= LOLOW: 泵浦x偏置电流极低报警
xxx= LOW: 泵浦x偏置电流低报警
xxx= HIGH: 泵浦x偏置电流高报警
Xxx= HIHIGH: 泵浦x偏置电流极高报警Pumpx Temper: xxx
xxx= LOLOW: 泵浦x温度极低报警
xxx= LOW: 泵浦x温度低报警
xxx= HIGH: 泵浦x温度高报警
Xxx= HIHIGH: 泵浦x温度极高报警Pumpx Tec: xxx
xxx= LOLOW: 泵浦x制冷电流极低报警
xxx= LOW: 泵浦x制冷电流低报警
xxx= HIGH: 泵浦x制冷电流高报警
Xxx= HIHIGH: 泵浦x制冷电流极高报警+5V Status: xxx
xxx= LOLOW: +5V直流电源极低报警
xxx= LOW: +5V直流电源低报警
xxx= HIGH: +5V直流电源高报警
Xxx= HIHIGH: +5V直流电源极高报警-5V Status: xxx
xxx= LOLOW: -5V直流电源极低报警
xxx= LOW: -5V直流电源低报警
xxx= HIGH: -5V直流电源高报警
Xxx= HIHIGH: -5V直流电源极高报警Device Temper: xxx
xxx= LOLOW: 机箱温度极低报警
xxx= LOW: 机箱温度低报警
xxx= HIGH: 机箱温度高报警
xxx= HIHIGH: 机箱温度极高报警
七、通讯设置说明
7.1通讯接口说明
1)RS232通讯接口
本机RS232通讯接口采用标准DB9的母头作为连接器，脚位定义如下：
1：No Connect 2：TX 3：RX 4：No Connect 5：GND
6：No Connect 7：No Connect 8：No Connect
9：No Connect
本机的串行通信采用标准的不归零（NRZ）格式，1位起始位、8位数据位、1位停止位，波特率为38400。
2）LAN通讯接口
LAN通讯采用标准RJ45头作为连接器，脚位定义如下：
1：TX+ 2：TX- 3：RX+ 4：No Connect 5：No Connect 6：RX- 7：No Connect 8：No Connect
八、安装调试
8.1开箱检查
1、设备在开箱前请先确认外包装完好无损；如发现外包装有破损或水痕，请立
即与当地经销商或承运人联系。
2、开箱后请依照装箱单进行核查清点箱内的设备和附件，如有问题请立即与当
地经销商联系或直接致电我公司。
3、开箱后如果你认为设备已损坏，请勿通电，以免对设备造成更严重的损坏，
或对操作人员造成意外伤害；并请立即与当地经销商联系或直接致电我公司。
8.2仪器和工具
1、光功率计一台；
2、数字式万用表一台；
3、标准光纤测试跳线一条（FC/APC或SC/APC）；
4、无水酒精和医用脱脂棉若干；
8.3安装步骤
1、开始安装设备前，请务必仔细阅读《用户手册》，并按照《用户手册》规定的
操作规程进行安装调试。注意：对于因没能按照《用户手册》规定的操作规程进行安装调试而导致设备的人为损坏和其它一切后果，我公司将不负任何责任，也不予免费保修。
2、从包装盒中取出设备，在机架上固定好，并把设备可靠接地（接地电阻应＜4
Ω）。
3、用数字式万用表检查电源电压，确认电压已符合要求，并确认开关的钥匙处
于“OFF”位置，此时可接通设备的电源。
4、根据显示屏提示信息，接入光信号，再把开关的钥匙旋至“ON”位置，观察
前面板指示灯的状态，等PUMP工作状态指示灯变为绿灯后，设备进入正常工作状态。此时可通过按动前面板上的菜单按钮，查看设备的各项工作参数。
5、用标准光纤测试跳线把光功率计连接到设备的光信号输出端，测量设备的输
出光功率，确认其输出光功率和前面板显示的值相同，且已达到标称值。（测量光功率时，应确认光功率计置于1550nm波长的测量档，确认光纤测试跳线为匹配的标准测试跳线，各活接头的表面无污染。）撤去标准光纤测试跳线和光功率计，将设备接入网络。至此，设备已安装调试完毕。
九、售后服务说明
1、对于因用户误操作或由于不可抗拒的自然因素引起的设备故障，我公司将
只负责维修，并收取适当的材料成本费。
2、在设备出现故障时，应立即与当地经销商联系或联系我公司技术人员。
3、故障设备的现场检修需由专业技术人员进行操作，以免引起设备更严重的
损坏。
特别注意：对于已被用户自行拆卸维修过的设备，我公司不予免费保修，将收取合理的维修费用和材料费用。
十、光纤活动连接头的清洁维护方法
有很多时候，我们会把输出口的光功率下降误判为光设备故障，实际可能是光纤活动连接头被尘土或污垢污染所致，只需对光纤活动连接头进行适当的清洗维护，即可排除故障。下面介绍一下光纤活动连接头的清洗维护操作方法。
1、关闭设备电源，从适配器上小心地旋下光纤活动连接头。
2、用质地良好的擦镜纸或医用脱脂酒精棉对光接头进行小心清洗；如用脱脂酒
精棉清洗，清洗完毕，还需等1~2分钟，让活动连接头表面的酒精挥发晾干。
3、清洗完的光纤活动连接头，接入光功率计，检测输出光功率，以确认光纤活
动连接头已被清洗干净。
4、清洗干净的光纤活动连接头接回适配器时，应注意用力适当，以免用力过猛
使适配器内的陶瓷管破裂。
5、光纤活动连接头清洗后，输出光功率还不正常，此时应卸下适配器，旋下机
内的另一个连接头对其进行清洗；如清洗完后，光功率仍偏低，此时可能适配器内部已被污染，应对适配器进行清洗。（注意：拆卸适配器时应小心操作，以免损伤机内光纤。）
6、适配器清洗时可用专用的压缩空气或脱脂酒精棉条进行清洗。用压缩空气清
洗时，用压缩空气罐的喷嘴对准适配器的陶瓷管，把压缩空气吹入陶瓷管进行清洗；用脱脂酒精棉条清洗时，把酒精棉条小心穿入陶瓷管内进行清洗。
注意酒精棉条的穿入方向应始终一致，否则可能无法到达理想的清洗效果。特别注意：
a、在光纤活动连接头的清洗操作过程中，应避免带光的连接头对准人体或人
眼，以免对人体造成永伤害，或对人眼造成永久性灼伤！！！
b、在安装光纤活接头时，用力应适当，否则可能会导致适配器内的陶瓷管碎裂。
陶瓷管一旦碎裂，输出光功率会大大下降，而且光纤连接头稍微转动一下，输出光功率会有很明显的变化。
c、对光纤的任何操作，请在关闭泵浦激光器的情况下进行，否则大功率的输出
会导致输出光纤的接头烧坏，从而引起输出功率下降。
十一、免责申明
本公司有权随时变更本文所述的产品，恕不另行通知。本公司不承担由使用本文所述产品所引起的任何责任和义务，除非有本公司书面的明确同意书。使用和购买本产品不转让任何本公司专利权，著作权，商标权或任何知识产权的许可证。以本文所述方式使用产品不侵犯第三方的任何专利，此文没有陈述或保证。
高质量种子源光纤激光器技术发展与研究现状连续光种子源光纤激光器的性能决定了高功率全光纤MOPA激光系统的激 光输出光谱、线宽和频率稳定性等特性。作为高质量的种子光源必须首先具有 窄线宽、高稳定性和高信噪比，然后再追求可以满足不同应用需要的其他功能 特性，如波长可调谐、单/双波长可切换以及双波长间隔可调谐等。在过去的二 十多年时间里，研究者们一直在寻求可以实现单频窄线宽激光输出的方法，也 陆续提出了基于不同技术的单频窄线宽光纤激光器，尤其是在1.5μm波段的掺 铒光纤激光器，因为其所在波段为光纤通信低损耗窗口，考虑到长距离通信和 传感的需求，对于激光输出相干特性要求很高，需要激光具有较窄的线宽，使 得掺铒光纤激光器在窄线宽方面发展比较迅速，线宽也达到了kHz量级的水平。在近几年，研究者们开始对具有不同性能的单频窄线宽光纤激光器进行研究， 也开始不断追求输出激光的高稳定性和高信噪比等特性。 1.1单频窄线宽光纤激光器研究与发展 早在1986年，Jauncey等人就已经提出了窄线宽的概念，他们使用掺钕光 纤结合光纤Bragg光栅在1084nm处得到了激光输出，经过使用Fourier转换Michelson干涉仪测量，得到激光输出线宽为16GHz；然而，由于只是使用了线腔结构，腔长较长，激光器没有实现单频运转。 直到1990年，Iwatsuki才首次真正地得到了单频窄线宽的激光输出，使用 的是环形腔结构，配合一个1 nm谱宽带通滤波器，使用15m长掺饵光纤作为 增益介质，成功得到了单频激光输出，并且首次使用延迟自外差干涉仪(Delayed Self-Heterodyne Interferometer, DSHI)对激光线宽进行了测量，线宽达 到1.4 kHz，是截至当时线宽最窄的激光器，而且该激光器还提供2.8nm的波长 可调谐范围。 1991年，Gowle等人提出了一种新型的环行腔光纤激光器，通过使用分布Bragg反射镜作为波长初选滤波器，在1552nm波长处得到了稳定的单频激光输出，使用延迟自外差法测量得到激光线宽小于10 Hz，测量分辨率受限于使用 的25km延迟线长度。 同年，Park等人也提出了基于环形腔结构的单频激光器，在谐振腔内使用 了两个Fabry-Perot (F-P)滤波器，该激光器输出具有当时最高的稳定性，阈值仅 为1OmW，而且具有宽达30nm的可调谐范围;然而，激光器的输出信噪比较低，仅为35dB，而且研究者们并没有对激光器的线宽特性进行测量。 1992年，Laporta等人利用铒/镱共掺磷酸盐玻璃光纤制作了腔长仅为 2.5mm长的超短腔光纤激光器，在1532.2nm波长处得到了15mW的激光输出，测得的线宽小于lOkHz。 同年，Zyskind等人也报道了短腔光纤激光器，通过在掺铒光纤上直接写入 一对Bragg光栅制作了腔长仅为2cm的谐振腔，利用F-P干涉仪测量激光器处
2 掺铒光纤激光器的设计 一、实验目的 1、完成环形腔掺铒光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同耦合比，优化设计激光器的阈值特性和输出效率。 2、通过使用不同滤波特性的滤波器，完成环形腔掺铒光纤激光器输出纵模特性的设计和选择。 3、完成光纤激光器的构建，并进行相关性能参数的测试。 二、实验原理 1.掺铒光纤(EDF)与掺铒光纤放大器(EDFA) 当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子（Er3+、Nd3+、Tm3+、Yb3+等）时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现通常所说的粒子数反转。反转后的高能态粒子在外界光场的诱使下，以光辐射的形式从高能级转移到基态，完成受激光辐射。 图2.1铒粒子能级图 掺铒光纤在0.5～1.6μm 波长范围内有几个吸收峰，分别对应的铒离子能级（铒离子能级图如图 2.1所示）是0.5～0.60μm （2 /1132/154 ~H I ）、0.63μm （2/942/154 ~F I ）、0.8μm μm （ 2 /942/154 ~I I ）、0.98μm （ 2 /1142/154 ~I I ）和1.48μm （ 2 /1342/154 ~I I ）直接吸收峰。 掺铒光纤放大器主要由波分复用器、大功率泵浦激光器、光隔离器和掺铒光
纤构成。根据泵浦光和信号光传播方向的相对关系, 掺铒光纤放大器的结构可分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种形式。EDFA 是利用掺铒光纤中掺杂的稀土离子在泵浦光(波长980nm 或1480nm ) 的作用下, 形成粒子数反转, 产生受激辐射, 辐射光随入射光的变化而变化, 进而对入射光信号提供光增益。其放大范围为1530～ 1565 nm , 增益谱比较平坦的部分是1540～ 1560nm , 几乎可以覆盖整个1550nm工作窗口。 2.掺铒光纤激光器(EDFL) 掺铒光纤激光器是在掺铒光纤放大器技术基础上发展起来的。目前掺稀土元素光纤激光器的研究受到了世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术研究领域一个十分活跃的前沿研究方向。 和传统的固体、气体激光器一样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器( LD) , 增益介质为掺稀土光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射。所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。 由于掺稀土光纤激光器在增益介质和器件结构等方面的特点，与传统的激光技术相比，在很多方面显示出独特的优点： (1) 较高的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构、掺杂浓度和泵浦光强度和泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高。例如采用双包层光纤结构，使用低亮度、廉价的多模LD泵浦光源即可实现超过60%的光光转换效率。 (2) 易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光器表面积/体积比大，其工作物质的热负荷小，易于散热和冷却。 (3) 易实现单模、单频运转和超短脉冲(fs级)。 (4) 工作物质为柔性介质，使得激光器的腔结构设计、整机封装和使用均十分方便。 (5) 激光器可在很宽光谱范围内(455～3500nm)设计与运行, 应用范围广泛。
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
得分：_______ 光纤通信技术实验 (2) 掺铒光纤激光器的设计 实验报告
一、实验目的 1、完成环形腔掺铒光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同耦合比，优化设计激光器的阈值特性和输出效率。 2、通过使用不同滤波特性的滤波器，完成环形腔掺铒光纤激光器输出纵模特性的设计和选择。 3、完成光纤激光器的构建，并进行相关性能参数的测试。 二、实验原理与背景知识 1.掺铒光纤(EDF)与掺铒光纤放大器(EDFA) 当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子（Er3+、Nd3+、Tm3+、Yb3+等）时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现通常所说的粒子数反转。反转后的高能态粒子在外界光场的诱使下，以光辐射的形式从高能级转移到基态，完成受激光辐射。 掺铒光纤放大器主要由波分复用器、大功率泵浦激光器、光隔离器和掺铒光纤构成。根据泵浦光和信号光传播方向的相对关系, 掺铒光纤放大器的结构可分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种形式。EDFA 是利用掺铒光纤中掺杂的稀土离子在泵浦光(波长980nm 或1480nm ) 的作用下, 形成粒子数反转, 产生受激辐射, 辐射光随入射光的变化而变化, 进而对入射光信号提供光增益。其放大
范围为1530～1565 nm , 增益谱比较平坦的部分是1540～1560nm , 几乎可以覆盖整个1550nm工作窗口。 2.掺铒光纤激光器(EDFL) 掺铒光纤激光器是在掺铒光纤放大器技术基础上发展起来的。目前掺稀土元素光纤激光器的研究受到了世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术研究领域一个十分活跃的前沿研究方向。 和传统的固体、气体激光器一样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器( LD) , 增益介质为掺稀土光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射。所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。 由于掺稀土光纤激光器在增益介质和器件结构等方面的特点，与传统的激光技术相比，在很多方面显示出独特的优点： (1) 较高的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构、掺杂浓度和泵浦光强度和泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高。例如采用双包层光纤结构，使用低亮度、廉价的多模LD泵浦光源即可实现超过60%的光光转换效率。 (2) 易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光器表面积/体积比大，其工作物质的热负荷小，易于散热和冷却。 (3) 易实现单模、单频运转和超短脉冲(fs级)。 (4) 工作物质为柔性介质，使得激光器的腔结构设计、整机封装和使用均十分方便。 (5) 激光器可在很宽光谱范围内(455～3500nm)设计与运行, 应用范围广泛。 (6) 与现有通信光纤匹配，易于耦合，可方便地应用于光纤通信和传感系统。 上述特点使得光纤激光器在很多应用领域有着广泛的用途。特别是掺铒光纤近40nm宽的增益谱范围与光纤通信的最佳窗口（1550nm窗口）相吻合，因而掺铒光纤激光器的研究和开发在光纤通信领域得到了极大的重视。
多模包层泵浦大功率光纤放大器的工作原理及应用 摘要本文要讨论是多模包层泵浦大功率光纤放大器。简单介绍其的基本组成及工作原理。通过与普通光纤放大器的比较来讨论其应用上的优点和发展前景。关键词多模包层泵浦，双包层光纤，高功率 1引言 多模包层泵浦大功率光纤放大器是一种由多模包层泵浦技术这一最近发展起来的新兴技术产物。采用Yb3+和Er3+离子共掺杂双包层光纤，是一系列新技术、新工艺和新材料相结合的产物，是实现光纤放大器超大功率输出的技术核心。 2 多模包层泵浦光纤放大器的结构 多模包层泵浦光纤放大器的光路结构如图1所示： 3 多模包层泵浦光纤放大器的工作原理 多模包层泵浦，是将多模泵浦激光耦合到双包层光纤的内包层中，当多模泵浦光在内包层中传播时会反复穿过光纤纤芯（如图2所示），泵浦光在穿过掺有稀土元素的光纤纤芯时被吸收从而实现泵浦。 与单模纤芯泵浦不同，用于光纤放大器的双包层光纤，泵浦光主要在内包层中传播，因此，同样的纤芯参数，包层泵浦的泵浦吸收截面要小得多，所以，提高泵浦吸收效率是制造双包层光纤需要重点考虑的因素。合理的内包层结构形状能够显著提高泵浦吸收效率，目前，已经设计并制作出了多种内包层形状的双包层光纤，这些专门设计的内包层结构和形状，使泵浦光在单位长度
内有效穿过光纤纤芯的几率大大增加。图3是设计制作的部分双包层光纤内包层形状示意图。 另外，对于1550nm波段光纤放大器，采用铒、镱共掺的双掺杂技术，利用镱元素的高吸收和铒镱之间能量的高效传递，能够获得铒元素的高效泵浦。图4为铒镱共掺有源光纤的泵浦吸收和能量传递简单能级示意图。 铒、镱共掺由于存在能量传递的互逆性，因此，需要尽可能快的消耗铒离子的受激状态。减小纤芯直径，有效提高光密度，是通常的做法，这样做对低功率光纤放大器影响不大，但是，对于大功率和超大功率光纤放大器，会由于过高的光功率密度导致非线性效应，这是有害的。 对于光纤放大器的应用，双包层光纤主要用于大功率和超大功率情况，双包层光纤小芯径纤芯设计已经成为一种制约因素。采用高浓度铒单掺杂可能是解决小芯径问题的一种途径。我们知道，阻碍铒元素掺杂浓度进一步提高的主要原因，是铒元素在掺杂过程中，不可能达到理想的均匀分布，这样会造成铒掺杂的局部浓度过高，从而导致局部铒元素间距过小，相邻铒元素之间出现非辐射交叉弛豫过程，这种局部的过高浓度，还会导致玻璃基质中产生结晶现象。所以，人们正在发展新的技术，使铒元素的掺杂非常均匀，在不引起明显的非辐射交叉弛豫过程的情况下，大幅度提高铒元素的掺杂浓度，使采用相对较大
大功率1550n m 铒镱共掺光纤放大器 说明书
前言 本手册适用于高功率光纤放大器(HPEDFA)；主要阐述了该产品的性能特点、技术参数、安装调试和常见故障处理等相关内容。为了确保设备能被顺利安装和安全运行，敬请用户在安装调试本设备前，务必仔细阅读本手册，并严格按照手册上规定的操作步骤进行安装调试，以免对设备造成不必要的损坏，或对操作人员造成意外伤害；如有疑问，请及时与本公司联系。 特别提示： ■铒镱共掺光纤放大器是高档专业设备，其安装调试必须由专业技术人员进行操作，并在操作前仔细阅读本手册，以免因误操作而损坏设备，或对操作人员造成意外伤害。 ■在光纤放大器工作时，位于前面板的光信号输出适配器内会有不可见的激光束射出，应避免光信号输出口对准人体，更不能用肉眼直视光输出口，以免对人体、人眼造成永久性伤害！！！ ■设备在加电工作前，应先确认机壳和电源插座的接地端已可靠接地（接地电阻应＜4Ω），以免静电损坏激光器件，并防止机壳带电而对人体造成伤害。■为了确保设备能长期稳定工作，在电网电压不稳定或电压波形较差的地区，建议用户为设备配置专用的交流稳压电源，有条件的用户更可配置不间断稳压电源（UPS）系统；在环境温度变化太大或机房环境较差（设备的理想工作环境温度为25℃）的地区，建议用户为设备配置专用的空调系统，以改善设备的工作环境。
目录 一、应用................................................................. - 4 - 二、性能特点............................................................. - 4 - 三、原理框图............................................................. - 4 - 四、技术参数............................................................. - 5 - 4.1 技术参数......................................................... - 5 - 4.2型号与功率对照表................................................. - 6 - 五、外部功能说明......................................................... - 6 - 5.1前面板说明....................................................... - 7 - 5.2后面板说明....................................................... - 8 - 5.2.1 DC电源模块介绍............................................ - 8 - 六、菜单系统............................................................. - 8 - 6.1显示参数说明..................................................... - 8 - 6.1.1 主菜单..................................................... - 8 - 6.1.2 显示菜单.................................................. - 10 - 6.1.3 设置菜单.................................................. - 11 - 6.1.4 警告菜单.................................................. - 12 - 七、通讯设置说明........................................................ - 13 - 7.1通讯接口说明.................................................... - 13 - 八、安装调试............................................................ - 13 - 8.1开箱检查........................................................ - 13 - 8.2仪器和工具...................................................... - 14 - 8.3安装步骤........................................................ - 14 - 九、售后服务说明........................................................ - 14 - 十、光纤活动连接头的清洁维护方法........................................ - 15 - 十一、免责申明.......................................................... - 15 -
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
如图为短脉冲高功率1.5微米光纤激光器 平均功率能达到1W，可调节的脉冲宽度达到ns 可调节的重复频率达到MHz 可以应用于激光雷达/雷达、遥感、测距 什么是光纤激光器 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。光纤激光器的特点 光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点； 由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统集成、性能价格比高； 与固体、气体激光器相比：能量转换效率高、结构紧凑、可靠性高、适合批量生产；与半导体激光器相比：单色性好，调制时产生的啁啾和畸变小，与光纤耦合损耗小。 光纤激光器的分类 按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔等。 按激光输出波长数目分类为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器 按光纤材料分为晶体光纤激光器、非线性光学型光纤激光器、稀土类（如铒）掺杂光纤激光器、塑料光纤激光器等 随着高容量光纤通信网的发展，波分复用技术得以广泛的采用，它要求多波长光源 具有波长间隔小、线宽窄、功率谱平坦等特点。因此满足波分复用技术要求的多波长光 纤激光器成为研究的重点 多波长光纤激光器基本结构 1、增益介质 就增益介质而言，多波长光纤激光器通常采用光纤放大器(如掺稀土光纤放大器和拉曼光纤放大器作为增益介质，这将使得其具有结构紧凑、灵活方便等优点。值得注意的是，多个波长同时共用同一增益介质将导致较强的模式竞争，要获得多波长同时稳定振荡，这是首先必须考虑的问题。然而，大多掺稀土光纤放大器为均匀展宽的增益介质，对实现稳定的多波长运转是非常不利的，必须采用一些辅助手段来抑制或削弱它们的均匀展宽特性。 （EDFA）多波长掺铒光纤激光器常采用液氮制冷光纤至77k、声光频移位调制和非线性光学效应等辅助技术来抑制掺饵光纤的均匀展宽。 2、谐振腔 在多波长光纤激光器中，谐振腔起到至关重要的作用—完成多波长选模。在大多实际情况下，多波长激光器要求相等波长间隔(ITU叮标准通信间隔200GHz、100GHz、50GHz 和25GHz)激射。为实现这一目的，通常需要借助梳状滤波器才能满足要求
MOPA放大技术 引言 1917年，Einstein在《关于辐射的量子理论》一文中首次提出了受激辐射的概念，他认为:在物质与辐射场相互作用中，构成物质的分子或原子可以在光子激励下产生新光子，这就为激光(受激辐射光放大)概念的提出打下了最初的理论基础。但是，激光器的研究真正开始于1958年科学家Schawlow和Townes 提出的利用尺度远大于波长的开放式光学谐振腔实现激光器的思想和Bloembergen提出的利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转的思想。之后，全球的研究小组开始了一场研制世界上第一台激光器的激烈竞赛。很快，在1960年，世界上第一台激光器诞生于美国California州休斯实验室，Maiman等科学家成功进行了红宝石全固态激光器的实验演示，从此开启了激光器研究的大门。 光纤激光器的研究起源于1961年，当时Snitzer在纤芯为300μm的掺钕玻璃波导中发现了激光辐射现象。随后，Snitzer等人又发表了有关共掺杂光纤中光放大的论文，分别提出了光纤激光器和光纤放大器的构想。 1966年，高馄和Hockham首次讨论了研制低损耗光纤的可能性，为现代光纤通信奠定了基础，也为通信波段光纤激光光源的研究提出了迫切的要求。 大约到了1975年左右，随着低损耗光纤的研制成功和作为光纤激光器泵浦源的半导体激光器的不断实用化，光纤激光器和光纤通信的研究开始进入了快速发展时期。 1985年，英国Southampton大学的Poole等人利用化学气相沉积法制作出了第一根低损耗的单模掺铒光纤(Erbium-doped Fiber, EDF)并制作了掺铒光纤激光器，标志着稀土离子掺杂技术走向成熟，也为各种掺杂增益光纤的制作奠定了基础。 1987年，英国Southampton大学的Mears等人和美国Bell实验室的Desurvire等人先后对掺铒光纤放大器进行了研究并验证了其可行性，实现了光纤通信线路中的光放大，极大推动了光纤通信向更长中继传输距离发展。 随后的二十多年里，光纤激光技术得到了迅速的发展，已不仅仅只是用于光纤通信。随着不同掺杂稀土离子光纤激光器被提出，如:掺铒、钕、镱、铥、铒/镱共掺、铥/钬共掺等等，其应用范围已经拓展到传感、医疗、工业加工以及军事国防等领域，尤其是高功率光纤激光器的提出，可谓是光纤激光器史上的一次技术革命。 1988年，美国Massachusetts州Polaroid公司首次提出了双包层光纤设计思想，泵浦光进入包层中传输，但是圆形内包层吸收效率很低。 1994年，Pask等人首次实现了包层泵浦，并制作了包层泵浦掺镜光纤激光器，获得500mW功率输出，中心波长为1040nm，使得在光纤中实现高功率激射成为可能。
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。
掺铥光纤激光器 1、掺铥光纤激光器 掺铥光纤激光器的光谱可调谐范围更宽（~1600 nm-2200 nm），该波段处于人眼安全波段且包含了1940 nm附近的水吸收峰，对组织的穿透深度浅，且还包含几个大气窗口及特殊气体的吸收峰。与同时处于人眼安全波段掺铒或铒镱共掺1550 nm激光器相比，掺铥光纤激光器的光光转换效率可达60%以上；且位于铥离子吸收带的790 nm半导体激光器技术成熟，可提供高功率泵浦源；此外，此波段泵浦时，量子转换效率为200%。掺铥基质为石英光纤，也容易实现高功率输出。 对于掺铥光纤激光器的研究，连续输出已达千瓦量级，如：飞秒150 W的功率输出，皮秒也达到百瓦的输出功率水平，相比之下，单脉冲能量较高的纳秒量级脉冲输出平均功率较低，且多数为空间泵浦结构，最高仅为110 W。793 nm 半导体泵浦激光器的输出功率已达数百瓦，所以掺铥光纤激光器的输出功率可更高。且与掺镱光纤激光器相比，掺铥光纤激光的受激布里渊散射和受激拉曼散射的产生阈值要高4倍以上，光纤端面的损伤阈值也高出近10倍，在高功率输出方面优势更加明显。目前高功率、可调谐掺铥光纤激光器正处于研究的热点。 2、研究进展 (1)、纳秒脉冲掺铥光纤激光器研究进展（主动调Q）： 输出参数 （脉冲能量/功率、斜率效率/重频、脉宽） 是否 全光纤结构 研究单位 4 W，4 kHz，130 ns 否加拿大信息技术研究12.3 W，100 kHz，4 5 ns 否法德研究所 33 W，13.9 kHz，15 ns 否耶拿大学应用物理研究所52 W，50 kHz，822 ns 是新加坡南洋理工大学 (2)、皮秒/飞秒脉冲掺铥光纤激光器研究进展（锁模）： 平均功率，重复频率，脉宽，实现方式 是否 全光纤结构 研究单位 3.1 W，100 MHz，108 fs，CPA 否美国IMRA公司5.4 W，100 kHz，300 fs，SESAM/CPA 是美国PolarOnyx公司 7 W，2 MHz，33 ps，电流调制否英国南安普顿大学 152 W，49.1MHz，~700 fs，CPA 否德国耶拿大学
掺铒光纤激光器 一、设计背景 激光器的发明是二十世纪科学技术的一项重大成就。1960年梅曼根据受激辐射光量子放大理论研制出第一台红宝石激光器，童年年底研制出He-Ne气体激光器，1962年又报导了砷化镓半导体激光器的研制成功。我国于1961年研制成功红宝石激光器，1966年试制出Nd：YAG激光器。到70年代末，各种激光器技术已经比较成熟，并得到实际应用。经过四十多年的发展，特别是最近十几年，激光技术高速发展，种类众多，现在已经广泛应用于工业加工、通讯、信息处理、医疗卫生、军事国防、文化教育以及科学研究等众多领域，并取得了很好的经济效益和社会效益，对国民经济及社会发展发挥着愈来愈重要的作用。 单纵模(SLM)掺铒光纤激光器(EDFL)由于可以应用在光通信、激光光谱学、光纤传感等领域而备受关注并得到了迅猛发展。掺铒光纤激光器具有结构简单、激射波长可以精确预定、可实现宽带调谐和窄线宽输出等优点，且与其他激光器相比具有许多优良特点：高增益、低阈值(几十毫瓦量级)、低噪声、高效率、抽运寿命长、有很好的单色性和高稳定性、小型化、易与传输光纤耦合[1]。 光纤通信的突飞猛进得益于光线放大器和光线激光器的不断发展光纤放大器的研究始于1964 年，从真正的使用从1986 年开始，这归功于低损耗稀土掺杂光纤工作特性和制造技术的发展其中掺铒光纤放大器格外引人瞩目因为它的工作波长在1550nm 附近适合于现代光通信系统早在1961 年就研制了的一台光纤激光器经过20 世纪七十年代到八十年代初期的酝酿从20世纪八十年代中期开始光纤激光器得到了长足的发展光纤激光器的输出波长范围在400 3400 纳米之间可应用于光学数据存储光通讯传感技术光谱研究和医学等多个领域[2]。
增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 摘要：波分复用是光纤CATV系统进一步升级的主要方向。本文对增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器（GF-EYDCFA）进行了理论和实验研究，相关数据表明，武汉光迅科技股份有限公司（简称光迅科技）开发的GF-EYDCFA能实现1543-1565nm范围内多波长光信号的增益均衡放大，其输出功率在1W以上，增益平坦度(<0.25dB)和噪声指数(<5.5dB)等关键指标均达到掺铒光纤放大器（EDFA）的水平。结合光迅科技相关产品的应用实例，本文还讨论了GF-EYDCFA在波分复用光纤CATV系统中的应用，分析表明，GF-EYDCFA能弥补EDFA功率水平偏低的不足，同时解决级联EDFA 造成的增益平坦度劣化问题。 关键字：EDFA，WDM，铒镱共掺，双包层光纤，CATV 1引言 光纤，因其近乎无限的带宽，成为信息爆炸时代无可替代的信息传输媒质，而波分复用（WDM）方式则是利用光纤带宽的最有效方法。目前主干网的光传输都利用了WDM 技术，而光纤CATV系统还是以单波长应用为主，因此光纤的带宽利用率很低。今后，随着CATV网络容量的增加以及业务管理灵活性的提高，应用WDM技术的光纤CATV 系统会越来越受到重视。 掺铒光纤放大器（EDFA），因其补偿了光纤线路中C（L）波段光信号的衰减，极大地延长了中继距离，是光纤通信蓬勃发展的关键因素。对于光纤CATV网，其光功率分配数目一般都比较大，因此对光放大器的输出功率要求都比较高。而由于EDFA的单模泵浦机理限制了泵浦功率（980nm/1480nm）水平，传统的EDFA很难实现高功率输出或者单位功率的成本非常昂贵，据了解，目前商用EDFA的最大饱和输出功率为500mW 左右，这显然很难满足光纤CATV系统的应用要求。为了获得高功率输出，铒镱共掺双
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。
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
第36卷 第9期 激光与红外 V o.l 36,N o .9 2006年9月 LA SER & I NFRAR ED Septe m ber ,2006 文章编号:1001-5078(2006)09-0833-04 高功率掺镱双包层光纤激光器 赵玉辉1,2 ,郑 义1 ,詹 仪1 ,杨洪杰 1 (1.郑州大学河南省激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州450052;2.山东理工大学,山东淄博255049) 摘 要:简要地概述高功率双包层掺镱光纤激光器的基本原理和关键技术,介绍其在工业、通 信、医疗等领域的应用,并对国内外的近期进展作了综述。关键词:双包层光纤激光器;包层泵浦;高功率中图分类号:TN248.1 文献标识码:A H i gh -power Yb -doped Double -clad F i ber Laser ZHAO Yu -hu i 1,2 ,Z H E NG Y i 1 ,Z HAN Y i 1 ,YANG H ong -jie 1 (1.H enan K ey L aboratory of Laser and O ptoe l ectronics Infor m a tion T echnology of Zhengzhou U n i v ers it y ,Zheng z hou 450052,Ch i na ;2.Shandong U n i versity o f T echno l ogy ,Z i bo 255049,Ch i na)Ab stract :T he pr i nciples and key techni que o f h i gh -pow er Y b -doped double -c lad fi ber l ase r are briefl y descr i bed .Its applica ti ons i n i ndustry ,comm un i cation ,m ed i ca l treat m ent are i ntroduced .T he latest progresses and deve lop m ent trends in the a rea are prospected .K ey w ords :doub l e -c lad fi ber laser ;c laddi ng -pu m p ;h i gh po w er 1 引 言 光纤激光器由于其诸多优点而倍受青睐。自20世纪80年代中期开发出掺稀土离子单模光纤制造技术以来,光纤激光器成为激光技术领域研究的热点。但是,由于泵浦光较难有效耦合到纤芯中,因此,光纤激光通常被认为是一种低功率光源。近年来,国际上发展了一种以双包层光纤为基础的包层泵浦技术,提高了光纤激光器的输出功率,改变了光纤激光器仅仅是小功率光子器件的历史。目前,掺镱双包层光纤激光器的输出功率与单模光纤激光器相比提高了几个数量级,而且具有光束质量好、结构紧凑小巧、全固化、低阈值、高效率等优点,因此,在工业加工、光通信、医学、印刷、激光测距等领域具有 广泛的应用前景[1-2] 。本文简要介绍了高功率掺镱光纤激光器的机理、关键技术与应用、以及近几年的研究进展和发展方向。 2 掺镱双包层光纤激光器的基本原理和特点 图1为一个纵向泵浦的光纤激光器的基本结构图。一段掺镱离子的双包层光纤放置于两反射率经过选择的腔镜间,泵浦光从光纤激光器的左边腔镜耦合进光纤。光纤激光器是一个波导型的谐振装置,光波的传输介质是光纤,这种结构实际上是 Fabr y -Po r o t 谐振腔结构。在光纤激光器中,非常细 的掺镱光纤纤芯就充当了光纤激光器的增益介质,由于外加泵浦光的作用,在光纤内便很容易形成高功率密度,从而引起激光工作物质的粒子数反转,从纤芯输出激光。 图1 双包层光纤激光器原理示意图F i g .1 sche m atic d iagra m of pri n ci p l e confi gu ration f or doub le -cl ad fi b er l aser 由于双包层掺镱光纤激光器是波导式结构,因 而具有可容强泵浦和高增益的特点,而且光纤本身具有良好的柔绕性、小尺寸和可掺杂等特点,从而使其具有很多优异的性能和特点。主要表现在: a)输出激光的光束质量好,激光器可以实现光 束质量达到近衍射极限(M 2 U 1)的单模高功率激光输出; b)掺镱双包层光纤激光器具有量子效率高、增 基金项目:河南省创新人才培训对象基金资助项目;河南省杰出青年基金资助项目(No .121001200)。 作者简介:赵玉辉(1973-),男,硕士生,主要从事光纤激光器技术的研究。E-m ai:l z haoyhs @163.co m 收稿日期:2006-03-09;修订日期:2006-04-11