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一种新型宽带EDFA及其实验研究卜勤练1，2，孙军强1，邓韬2，龙浩2，黄宣泽2（1.华中科技大学光电子工程系，湖北武汉430074；2.武汉光迅科技有限责任公司，湖北武汉430074）摘要：文章提出了一种基于三端口增益平坦滤波器、且在拓扑结构上不同于以往并行或串行结构的掺铒光纤放大器（EDFA）的新结构。
理论模拟显示，同常规的并行结构EDFA相比，该新型结构在保证C波段EDFA性能的同时亦可将L波段掺铒光纤（EDF）用量减少48%以上，改善L波段泵浦效率55%以上。
实验中，我们在C波段使用两只输出功率分别为106.9和109.6mW的980nm泵浦激光器，两段EDF的长度分别为8.5和9.6m，在L波段我们仅用1只80mW的1480nm泵浦激光器，EDF长度为19.8m。
试验结果显示，在C+L波段内得到的信号增益>23dB，增益平坦度<0.6dB，噪声指数在C和L波段内分别<4.4dB和5.6dB。
关键词：宽带掺铒光纤放大器；增益平坦滤波器；泵浦效率；噪声指数中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1005-8788（2005）06-0057-03Study on a novel broad-band EDFABU Oin-lian1，2，SUN Jun-giang1，DENG Tao2，LONG Hao2，HUANG Xuan-ze2（1.Dept.of OptoeIectronics Eng.，HUST，Wuhan430074，China；2.AcceIink TechnoIogies Co.，Ltd.，Wuhan430074，China）Abstract：A noVeI broad-band EDFA empIoy a tri-port gain fIattening fiIter（GFF）moduIe is proposed in this paper.The new design of the EDFA with a noVeI setup on topoIogy and which is different form the conVentionaI paraIIeI or seriaI topoIogy setup.The simuIation shows that the noVeI setup can saVe more than48%EDF and improVe more than55%pump efficiency in L-band than which in the con-VentionaI EDFA whiIe the C-band EDFA's properties is remained.In the experiment，we used two980nm pump LD with the pump power at106.9mW and109.6mW，respectiVeIy.And the two segment EDF in C-band had the Iength of8.5m and9.6m.In L-band we set the output power of the onIy one1480nm pump LD at80mW，and the Iength of the L-band EDF is19.8m.The experiment on the noVeI EDFA got a resuIt with more than23dB gain and Iess than0.6dB gain fIattening in C+L-band.WhiIe the noise figure is Iess than4.4dB in C-band and5.6dB in L-band.Key words：broad-band EDFA；gain fIattening fiIter（GFF）；power conVersion efficiency（PCE）；noise figure（NF）目前，密集波分复用（DWDM）系统在光纤通信中得到了广泛应用。
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。
-东海科学技术学院毕业论文（设计）题目：系：学生姓名：专业：班级：指导教师：起止日期：年月日掺铒光纤放大器（EDFA）的研究与应用摘要巨大的技术优势和容量潜力使光纤通信得到了迅猛发展，光放大器作为光通信系统中的关键器件之一，对光纤通信技术产生的影响，堪比电域中的放大器对电子和通信技术的影响，光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。
掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，掺铒光纤放大器及相关技术的迅速实用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产业化时代的到来，将在未来“信息高速公路”的建设中发挥重要作用。
本文首先介绍了光纤通信情况及EDFA 的发展状况和前景，并简要叙述了本文的主要任务，接着介绍了光放大器对光纤通信系统性能的影响及分析，然后介绍各类光放大器，进而深入剖析了EDFA工作机理，最后对EDFA 基于软件 OptiSystem进行了性能的仿真。
本文的重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理的前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性的系统电路图，然后对EDFA电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来研究分析EDFA的特性。
关键字：光纤通信；光放大器；EDFA；OptiSystemErbium-doped fiber amplifier (EDFA) Research andApplicationAbstractHuge technological advantage and capacity of optical fiber communication has been the potential to bring rapid development of optical amplifiers for optical communication systems one of the key devices for optical fiber communication technology impact, comparable to the amplifier power in the domain of electronic and communication technologies influence , the advent of optical amplifiers not only solved the attenuation of light transmission limit of optical signals, and in optical communication lead to a technological revolution, its performance will directly affect the capacity and quality of network traffic. Erbium-doped fiber amplifier is a very long time in future optical fiber communication system the most practical value to one of passive optical devices, erbium-doped fiber amplifiers and related technologies and commercialization of rapid practical marks for the support of a fiber amplifier of optical communication technology industry coming of age, will in the future "information highway" to play an important role in the building. This paper introduces the situation and EDFA optical fiber communication situation and prospects of development and a brief description of the main tasks of this article, and then to the optical amplifier on the performance of optical fiber communication systems and analysis, and then describes various types of optical amplifiers, and then analyzed in depth EDFA working mechanism, and finally carried out on the EDFA performance software-based OptiSystem simulation. This paper will focus on familiar EDFA optical zoom mechanism and working principle of the premise, the use of OptiSystem EDFA characteristics of the software system structure diagram, and then the data on the EDFA circuit simulation, and then be simulated map, to research and analysis through graphical characteristics of EDFA .Keywords: optical fiber communication；Optical Fiber Communication；EDFA；Optisystem目录第1章绪论 (1)1.1光纤通信概述 (1)1.2 EDFA的发展现状及前景 (1)1.3 本文的主要任务 (1)第2章光放大器对光纤通信系统性能影响的分析 (2)2.1光纤通信系统 (2)2.1.1光纤通信系统的分类 (2)2.1.2光纤通信系统的主要优点 (2)2.2 IM-DD系统的工作原理 (3)2.3光放大器对中继距离的影响分析 (6)第3章光放大器 (6)3.1 光放大器 (6)3.1.1光放大器的意义 (7)3.1.2光放大器的分类 (7)3.2 半导体光放大器 (7)3.3 光纤放大器 (8)3.3.1 掺稀土光纤放大器 (8)3.3.2 非线性光纤放大器 (8)3.4 EDFA的优势 (9)第4章EDFA的理论基础及应用研究 (10)4.1 EDFA光放大机理 (10)4.2 EDFA的工作原理 (11)4.3 EDFA结构和泵浦方式 (12)4.4 EDFA的主要应用 (13)4.5 EDFA的工作特性分析 (14)4.5.1 EDFA的主要工作特性参数 (14)4.5.2 EDFA性能的定性分析 (16)第5章基于OptiSystem的EDFA仿真 (18)5.1 OptiSystem介绍 (18)5.2 在掺铒光纤放大器上的瑞利散射效应研究 (18)5.3掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的优化研究 (24)小结 (26)致谢 (27)参考资料 (28)第1章绪论1.1光纤通信概述光纤通信是以光纤为传输介质的一种通信方式。
光电综合设计报告学号：姓名：一、课题6：1、课题要求及技术指标①课题名称：EDFA 设计②课题任务：采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦，双向泵浦三类。
③技术指标：可选泵浦光源波长为980nm 和1480nm；泵浦光源的功率在10～20dBm，测试输入信号功率为－20dBm。
④课题要求：1．在上述条件下要求EDFA 噪声指数小于4.5dB。
2．在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB（两者不要求同时满足）。
3．需要分别比较三种结构下的EDFA 的以下特性，并根据比较结果优化设计：（1）掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；（2）泵浦光源波长（可选择980nm 和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；4．给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10 个，参数应具有合理性和可行性。
2、课题分析及设计思路①课题分析：铒纤长度在4～15m 之间取值。
仿真模型中，掺铒光纤选用Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/ErbiumDoped Fiber；泵浦光源选用Default/Transmitters Library/Optical Sources/PumpLaser；泵浦光耦合器采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/ IdealMux。
②设计思路：设计参考反向泵浦EDFA 结构图，参考图如下：根据下述实验原理，可知同向EDFA Pump Laser 位于与CW Laser 同向的合波器前，而光纤输出端则不设置。
同理，双向EDFA就是两侧均放置了Pump Laser。
③实验原理：掺铒光纤放大器EDFA1、EDFA的结构和工作原理图 1 给出了双向EDFA 的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF）。
A Simple Approach of Analyzing the Performance ofErbium-Doped Fiber AmplifiersZ HAO Weiqun,Z H AN G Mingde,SUN X iaohan(Department of Electronic Engineering,Southeast University,N anjing,210096P.R.China)Abstract: The main perfo rm ances of erbium-doped fiber am plifiers a re the sa turated g ain and noise fig-ure.In this paper,a sim ple approach is introduced to simula te the performance o f erbium-doped fiber am-plifiers by using tw o em pirical fo rmulas.Then conflict equa tions are presented to improv e this approach. At the end o f the paper calcula tion results before and a fter im prov ement is giv en,furthermo re the compari-son of calculatio n results a nd measured data is also giv en.It has been sho w n to be mo re accura te.Key words: Erbium-do ped fiber am plifiers(EDFAs);Perfo rmance analy zing;Satura ted gain a nd Noise figureEEAC C: 4125,5270D一种分析掺饵光纤放大器性能的简单方法①赵伟群,张明德,孙小菡(东南大学电子工程系光纤实验室 南京 210096)摘要:掺饵光纤放大器的主要性能是它的饱和增益特性和噪声系数。
光电技术实验-掺铒光纤放⼤器掺铒光纤放⼤器(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。
基于opt system的掺铒光纤放大器(EDFA)性能研究摘要：首先介绍掺铒光纤放大器(EDFA)放大原理，其次对掺铒光纤放大器(EDFA)的结构作简要分析，重点分析了EDFA放大增益和入射光波长、Er3+浓度之间的关系，以及双向泵浦掺铒光纤的性能和泵浦功率的关系。
关键词：EDFA，放大增益，饱和功率，噪声特性。
一、前言掺铒光纤放大器(EDFA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(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。
从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。
WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。
成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。
它具有以下优点：1.掺铒光纤的放大区域恰好与单模光纤的最低损耗区域相重合。
那么，被掺铒光纤放大器放大的光在光纤中的传输损耗小，能传输比较远的距离。
2.对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低。
3.放大频带宽，能在同一根光纤中传输几十甚至上百个信道。
4.噪声指数低，接近量子极限，意味着可级联多个放大器。
5.增益饱和的恢复时间长，各个信道间的串扰极小。
二、EDFA的工作原理掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤中掺杂离子在泵浦光的作用下，形成粒子数反转，从而对入射光信号提供光增益。
对于波长为980nm的泵浦源，掺铒光纤相当于一个三能级的系统。
铒离子通过受激吸收入射波长为980nm的光子的能量，从N1能级跃迁到N3能级，由于N3能到N2能级的驰豫时间很短，N3能级上的粒子很快跃迁到N2能级，N3能级上的粒子数基本上可认为是零。
图1 掺饵光纤放大器的工作原理图[1]N2能级到N1能级的驰豫时间比较长，为毫秒量级，是一个亚稳态。
当有波长1550nm左右的信号光子输入时，N2能级的粒子受激辐射向N1能级跃迁，产生和入射光子同频、同相、同方向的光子，于是，入射光就得到放大。
文献综述前言：随着信息业务量的快速增长,语音、数据和图像等业务综合在一起传输,从而对通信带宽的容量提出了更高要求,但是无线电频谱和电缆带宽非常有限,其极限速率只有20Gb/s左右,使得这种综合传输受到了限制,即所谓的“电子瓶颈”。
光作为信息传输的载体带宽可达30THz以上,但是由于量子效应导致光纤线路中各种复用/解复用和光电/电光转换器件处理电信号时仍存在着速率“瓶颈”,限制了信息的传输速率。
进入20世纪90年代,以光波分复用(WDM)为基础的全光通信网(AON)成为人们研究的热点。
目前全光通信的研究还处于起步阶段,许多技术难点需要克服。
虽然光纤放大器不能解决全光通信中所有的技术难点,但是对光纤放大器的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。
掺铒光纤放大器的出现，是光纤通信发展史上的重要里程碑。
克服了传统的光—电—光中继方式导致的通信系统复杂化、效率低、造价高等问题，迅速成为光通信网络中的重要器件，获得了广泛的应用，极大地推动了WDM/DWDM通信系统发展。
WDM/DWDM通信系统的发展，又对EDFA的性能提出了更多的要求，譬如要求光纤放大器具有更大的带宽，智能化的增益控制、功率控制等。
正文：自从有了人类，就有了信息交流和传递的需要。
我国古代的狼烟和烽火可以说是最早的利用光进行信息传递的方式。
随着科技的进步，电话、电报一直到目前连接全球的因特网，通信技术，特别是近代通信技术，经历了一个从低频到高频，从高频到微波进而到达光频的演变过程。
通信技术在人类社会起到了越来越大的作用，成为这个信息时代的支柱技术。
光纤通信技术的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，二十多年以来，在经历了三代进化之后，它正以超摩尔定律的速度向前发展。
目前世界上80％以上的信息是通过光纤传送的，未来的传送网必然是建立在光纤通信技术之上的。
近年来，信息和通信技术的飞速发展，光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽，将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。
通信与信息技术公共实验中心光通讯与光信息技术与系统实验平台实验指导说明书（四）实验名称：光纤放大模块分析实验2005.6八、实验原理：1. EDFA系统的基本组成使用铒离子作为增益介质的光纤放大器称为掺铒光纤放大器(EDFA)。
这些铒离子在光纤制作过程中被掺入纤芯中，使用泵浦光直接对光信号进行放大，提供光增益。
它包括掺铒光纤和高功率泵浦源，作为信号和泵浦光复用的波分复用器( WDM)，以及为了防止光反馈和减小系统噪声在输入和输出端使用的光隔离器。
掺铒光纤放大器的结构因泵浦方式不同而不同，目前主要有同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦方式。
图4.1正向泵浦系统框图2. EDFA的主要指标(1) .增益特性增益特性代表了放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比。
对于EDFA，其增益大小与多种因素如光纤中的掺铒浓度、泵浦光功率、光纤长度、泵浦光的波长等因素有关。
⑵.噪声系数由于放大器中产生自发辐射噪声，使得放大后的信噪比下降。
信噪比的劣化用噪声系数F n表示。
它定义为输入信噪比与输出信噪比之比：F n (SNR)in /(SNR) out⑶.放大器带宽放大器的放大作用有一定的频率围。
定义在小信号情况下，增益低于峰值小信号增益3dB的频率间隔为放大器的带宽。
⑷.饱和输出增益在泵浦功率一定的情况下，当信号功率接近饱和输入功率时，放大倍数会随着减小。
定义当放大器增益减小为峰值增益的一半时，对应的输出功率就叫饱和输出功率。
九、实验步骤与结果：搭建如图4.2所示系统，双击空白页面，改变全局变量Simulation/Sequenee length 为 32， Samples per bit 为 32， Signal/Iterations 改为 6。
设置 total sweep iteration 为 20。
所用器件为1.Default/Transmitters Library/Optical Source/CW Laser 2.Default/Transmitters Library/Optical Source/Pump Laser 3.Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/Erbium Doped Fiber 4.Default/Passives Library/Optical/ Isolator/ Isolator Bidirectional 5. Default/Passives Library/Optical/ Couplers/ Pump Coupler Bidirectional6. Default/Receivers Library/Photodetectors/Photodetector PIN7. Default/Visualizers Library/Optical/Dual Port WDM Analyzer Default/Visualizers Library/Optical/Optical Spectrum An alyzer Default/Tools Library/Optical Delay10. Default/Tools Library/Optical Null本实验需要用到的器件基本参数初始设置如下:元 件 参数 r 大小 单位激光器(CW Laser )Power -20 dBm Freque ncy 1550 nm 泵浦激光器(Pump Laser )Power P 100 P mW 掺铒光纤(Erbium Doped Fiber ) Len gth 7 m（1） EDFA 的增益频谱将CW 激光器（CW Laser ）的参数Frequency 设为Sweep 模式， 使其从1520到1570线性递增。
光电子技术实验报告《光电子技术实验》实验报告光纤放大器增益与噪声特性王浩然无1120110112021实验目的掌握掺铒光纤放大器的基本工作原理及基本结构；掌握掺铒光纤放大器的基本工作特性及基本测试方法；掌握光纤激光器的结构和特性；增强对光学增益介质中自发辐射、受激辐射和激光震荡过程的理解。
2实验原理2.1掺铒光纤放大器的工作原理铒离子在硅石英基质中分裂成若干能级，其部分能级如下图所示：图1:铒离子的部分能级图其中I13/2能级是亚稳态能级，它与基态I15/2构成受激辐射的上下能级。
易知选取980nm 或1480nm的光作为泵浦光源，可以实现在这两个能级之间的粒子树反转，具备对光信号放大的条件。
根据泵浦光与放大光信号的传播方向可以分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。
其中正向泵浦的光路如下。
从泵浦激光二极管发出的泵浦光和信号光通过光波分复用器耦合到掺铒光纤中。
图2:正向泵浦当没有外来信号的情况下，掺铒光纤内部也会有随机的自发辐射，这些自发辐射光沿掺铒光纤向正反两个方向传播时，也会被放大。
这种自发辐射的放大是掺铒光纤放大器的主要噪声来源。
2.2掺铒光纤放大器的基本性能指标掺铒光纤放大器的性能指标一般用增益和噪声系数来衡量。
其中增益定义为经过放大的输出信号光功率与输入信号光功率的比值，通常用对数表示。
G (dB )=10log 10(?P s outP s in)?噪声系数定义为放大器输出信噪比与输入信噪比之比。
以对数表示时，有NF (dB )=10log 10[?(S/N )in(S/N )out]?对于掺铒光纤放大器来说，其噪声主要是自发辐射与信号之间的拍频噪声。
放大器噪声系数与自发辐射功率之间的关系为NF (dB )=10log 10[?P ASE ?νGB 0]?其中B 0是测量自发辐射功率时的滤波器带宽。
3实验步骤实验步骤如下：1.测量DFB 激光器P-I 曲线，确定激光器的工作电流，使之稳定在线性工作区。
４１掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）的特性和应用浅析Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ查兵曹晖Ｚｈａ ＢｉｎｇＣａｏ Ｈｕｉ（九江学院，江西九江３３２００５）（Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２００５）摘要： 掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）是光通信网络中最关键技术之一。
本文对ＥＤＦＡ的工作原理、基本组成作了概括的阐述，分析了ＥＤＦＡ的增益特性，着重讨论了ＥＤＦＡ在有线电视网（ＣＡＴＶ）中的应用特点。
关键词： 掺铒光纤放大器； ＥＤＦＡ ； 增益； ＣＡＴＶ中图分类号：ＴＮ９２９．１ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）１１－０１００－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｎｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｈａｓ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｂｒｏａｄ ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ，ｈａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ＥＤＦＡ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ （ＣＡＴＶ）＇ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ； ＥＤＦＡ； Ｇａｉｎ； ＣＡＴＶ０引言在整个光纤传输链路中，光信号在传输过程中的产生的衰减一直是人们所普遍关注的问题。
1引言光纤通信中用光纤来传输光信号，它受到两方面的限制：损耗和色散。
由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为50~100km 。
在长距离光纤通信系统中，延长通信距离的方法是采用中继器，目前大量应用的是光-电-光中继。
但是，这样的光-电-光中继需要光接收机和光发射机来进行光-电和电-光转换，设备复杂，成本昂贵，维护运转不便。
近几年迅速发展起来的光放大器，尤其是掺铒光纤放大器EDFA (Erbium doped fiber amplifier)，成为光通信网络中必不可少的重要器件[1-3]。
在长途干线通信中，秦秋霞（郑州交通技师学院，河南郑州450016）摘要：阐述了掺铒光纤放大器EDFA 的基本原理，介绍了EDFA 性能参数测试的一般方法，对插入测量法进行了改进，使其更精确。
利用改进后的插入法对980nm 波长泵浦的EDFA 在1530～1560nm 间的增益和噪声系数进行了测量，绘制出了性能曲线。
关键词：掺铒光纤放大器；增益；噪声系数；测试方法中图分类号：TN253文献标识码：ATest of EDFA Performance ParametersQIN Qiu-xia(Zhengzhou College of Traffic Technicians,Zhengzhou 450016,China)Abstract:Basic theory of EDFA and the general testing method for EDFA 's performance parameter were introduced.The interpolation technique was improved to make it more precise.The gain and noise figure of EDFA pumped by 980nm wavelength were measured by using the new interpolation technique,when the incident light wavelength was from 1530nm to 1560nm.And the performance curve was drawn also.Keywords:EDFA(Erbium doped fiber amplifier)；gain;noise figure;test method掺铒光纤放大器性能参数测试文章编号：1007-1180(2009)05-0032-04它可使光信号直接在光域进行放大而无须转换成电信号进行信息处理，即用全光中继来代替光-电-光中继。
L 波段EDFA 的仿真和实验邓 韬,黄德修(华中科技大学光电子系,湖北武汉 430074)摘要:文章介绍了L 波段掺铒光纤放大器(EDFA )的理论模型,并根据L 波段EDFA 的实验结果对理论模型进行了验证,实验结果和理论分析相吻合.关键词:L 波段;掺铒光纤放大器;仿真;激发态吸收中图分类号:TN72 文献标识码:A 文章编号:1005-8788(2003)05-0073-03Simulation and experiment of L 2band EDFADENG T ao ,HUANG De 2xiu(Dept.of Optoelectric Eng.,HUST ,Wuhan 430074,China )Abstract :In this paper ,theoretical model of L 2band EDFA is presented ;some L 2band EDFA experimental data are also given.Analysis shows that theoretical data conform with the experi 2mental results.K ey w ords :L 2band ;EDFA ;simulation ;ESA 随着计算机网络及其它新的数据传输业务的飞速发展,进一步提高通信容量,已成为光通信领域研究的热点.开发新型超宽带光纤放大器,充分利用光纤丰富的通信带宽资源,被公认是提高光通信容量最有效的方法之一.在C 波段掺铒光纤放大器(ED 2FA )被广泛应用之后,开发出L 波段乃至S 波段的光放大器将具有十分重要的意义.本文着重讨论了L 波段EDFA 的有关问题.1 L 波段EDFA 的基本原理C 波段EDFA 的工作波长一般在1530～1565nm ,对应于Er 3+离子4I 13/2→4I 15/2能级跃迁的发射.研究发现,通过控制掺铒光纤(EDF )的长度,使铒离子的粒子数分布反转稳定在较低的程度,可实现L 波段的光放大,称为L 波段EDFA (或GS 2EDFA ,G ain 2Shifted EDFA ).其增益谱虽然位于4I 13/224I 15/2能级跃迁辐射的带尾,吸收和发射系数小,但是增益平坦;L 波段EDFA 的另一大优点是和色散位移光纤(DSF )一起使用基本上没有四波混频(FWM )的问题.由于低的粒子数分布反转度和低的吸收、发射系数,L 波段EDFA 中需要的EDF 比较长.光纤长度的增加使光纤的损耗随之增加,另外较小的吸收和发射截面将导致后向放大自发辐射(ASE )噪声的积累,消耗了泵浦功率,同时也降低了放大器的粒子反转度水平,使噪声指数(NF )增大.解决这些问题的一种办法是采用一定长度的高掺杂、低损耗的EDF.Liekki 公司报道用12m 直接纳米粒子沉积(DND )工艺掺铒光纤,在235mW 的混合泵浦功率泵浦下,获得了L 波段45%的量子转换效率(QCE )和低于3.5的NF.采用这种解决方案的L 波段ED 2FA 具有降低光纤中FWM 等非线性效应,降低光放大器的偏振模色散(PMD )等许多优点[1].2 L 波段EDFA 的模型EDFA 的放大过程可用均匀展宽的二能级模型来描述[2].将EDF 中传播的光(包括抽运光、信号光和放大自发辐射光)在频域上划分成中心频率为νk ,光束带宽为Δνk ,沿+z 方向和-z 方向传输的光束,则第k 级信号光束的增益由下式给出:G k =exp [(a k +g 3k )N aν2-(a k +l )L ].(1)式中,N aν2=1L∫LN2(z )d z 为整根光纤中的平均粒收稿日期:2003203226作者简介:邓韬(1976-),男,湖南零陵人,助理工程师,硕士.372003年 第5期(总第119期) 光通信研究STUD Y ON OPTICAL COMMUNICATIONS 2003(Sum.No.119)子反转度;a k 和g 3k 分别为吸收系数和增益系数;l为光纤的本征损耗;N 2(z )定义为上能级Er 3+离子的线密度n 2(z )与掺Er 3+离子线密度n t 之比;L 为EDF 的长度.和常规的C 波段EDFA 的数值计算相比,L 波段EDFA 的数值仿真需考虑信号带激发态吸收(ESA )效应,它主要影响1600～1700nm 波长,此时需对式(1)作如下优化:G k =exp [(a k +g 3k -a ESAk )N aν2-(a k +l )L ].(2)式中,a ESA k为激发态吸收系数.分析式(2)可知ESA 效应将削弱信号增益.采用优化后的式(2)进行数值仿真可以大大减小1600nm 以上波长的数值计算的误差.NF (单位为dB )由下式得到:N F =10log 1G +S out (λs )Gh ν-S in (λs )hν.(3)式中,S out (λs )为输出光谱在信号光波长处的ASE 光谱密度(单位:W/Hz );S in (λs )为输入光位于信号光波长处的ASE 光谱密度.3 设计和验证我们根据图1所示的两种光学结构对上述的数学模型进行了验证.图1 两种光学结构示意图图中的波分复用器(WDM )和隔离器(ISO )均采用L 波段器件.图1(a )采用熔融拉锥WDM.图1(b )采用介质膜型WDM 并和ISO 做成组件.实验中采用高掺杂/低损耗的EDF ,以减少所需光纤的长度,同时降低吸收损耗和后向ASE 能量的积累,提高L 波段EDFA 的性能.实验中结构I 和结构Ⅱ采用的EDF 长度均为13m.测试框图如图2所示.图中,可调谐光源(TL S )的输出功率为0dBm ,波长从1565～1610nm 按步长为5nm 变化,L波段EDFA 的输出进入光谱仪(OSA )进行增益测试.同时对1568、1570、1585和1605nm 等波长处的NF 进行测试.图2 测试框图我们把实验数据和仿真结果进行了对比(增益比较结果见图3,噪声指数比较结果见图4),数值仿真中使用的EDF 长度及泵浦功率大小和实际测试时完全一致.图3 使用两种结构的增益比较结果分析图3(a )、(b )不难发现,优化后(即考虑ESA 效应)的增益仿真数据和实测数据吻合较好.考虑ESA 效应和不考虑ESA 效应的增益仿真值在短波长(1568nm )附近吻合较好;在长波长部分(1610nm 附近),考虑ESA 的增益仿真结果比不考虑ESA 的仿真结果偏小.这是因为信号带的ESA 效应在短波长附近比较微弱,但在长波长(1610nm )附近逐渐增强.分析前面给出的公式(1)、(2)不难得出,它会使放大器的增益降低.ESA 效应对L 波段EDFA 信号放大的这种削弱作用在47光通信研究 2003年 第5期 总第119期结构I 和结构II 的比较数据中都得到验证.图4 使用两种结构的噪声指数比较结果 分析仿真的NF 数值(图4(a ))、(b ))可知,优化后(即考虑ESA 效应)的NF 的仿真数据和实测数据吻合较好.考虑ESA 效应和不考虑ESA 效应的NF 仿真值在短波长(1568nm )附近吻合较好;在长波长部分(1610nm 附近),考虑ESA 的NF 仿真结果比不考虑ESA 的仿真结果偏大.这是因为不考虑ESA 时的仿真结果在长波长附近的增益会偏大,而此时输出信号波长处的ASE 光谱密度S out (λs )变化不大,结合NF 的定义式(3)可知,在不考虑ESA 的情况下,仿真的NF 偏小.4 结束语本文介绍了L 波段EDFA 的基本原理,给出了它的理论模型,指出在L 波段EDFA 设计和制作过程中应该考虑ESA 问题.文中给出的两组L 波段EDFA 的实验数据验证了理论分析的正确性.参考文献:[1] Tammela S.Very short Er 2doped silica glass fiber for L 2band amplifiers [A ].OFC2003[C ].Atlanta ,G eorgia ,USA :G eorgia World Congress Center ,2003.1:3762377.[2] Randy C G iles ,Emmanuel Desurvire.Modeling erbium 2doped fiber amplifier [J ].IEEE J.LightwaveTechnology ,1991,9(2):2712283.(上接第62页)3001C B TS ;天线选择:双向天线或定向天线;基站类型:全向O2;天线架设:建议采用双水泥杆、桅杆;基站安置:直接挂杆;传输:光纤、微波;电源:220V 交流.(4)解决地形平坦内陆地区或海面的大范围覆盖的方案基站选择:具有广域覆盖功能的大功率诺基亚基站UltraSite Midi TM B TS ;天线选择:高增益定向天线;基站类型:要同时考虑容量,进行合理配置;天线架设:自立塔;基站安置:塔下简易机房内;传输:光纤、微波、卫星;电源:需要开关电源.参考文献:[1] L Canning.Evolution of the base station [J ].Mobile Commun.Int.,1999(64):24226.[2] 王磊.无线网络优化工程和测试代维方面的市场潜力分析[J ].华为科技,2002(2):12217.57邓 韬等: L 波段EDFA 的仿真和实验。
EDFA光纤放大器原理及应用(3) 第三部分 EDFA的性能指标丁炜
【期刊名称】《有线电视技术》
【年(卷),期】2005(12)18
【摘要】第三部分EDFA的性能指标 EDFA的主要应用特性包括增益特性、输入输出特性、饱和特性、增益带宽特性和噪声特性等,它们与输入光功率大小、铒光纤长度及参数、泵浦功率大小及泵浦波长、信号波长等都有密切关系,本文将分别介绍之.
【总页数】5页(P62-66)
【关键词】EDFA;光纤放大器;工作原理;增益特性;饱和特性;增益带宽特性;噪声特性【作者】丁炜
【作者单位】济南历泰信息科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN722
【相关文献】
1.EDFA光纤放大器的原理及应用(1) [J], 丁炜
2.EDFA光纤放大器原理及应用(2) [J], 丁炜
3.EDFA光纤放大器原理及应用(3) [J], 丁炜
4.EDFA光纤放大器原理及应用(5) [J], 丁炜
5.WDM系统中掺铒光纤放大器(EDFA)的原理及其应用 [J], 谭花娣;张卫东
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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 EDFA 的结构图15-1所示：Er 3+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Er 3＋吸收泵浦光的能量，由基态4I 15/2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15-2所示，Er ＋3从基态跃迁至泵浦态4I 11/2。
