掺铒光纤放大器(电子版) 2

掺饵光纤放大器物电学院08电子一班侯进：200840620110概论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) 等；另一类基于光纤的非线性效应，利用光纤的非线性实现对信号光放大的一种激光放大器。

当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激喇曼散射(SRS- Stimulated Raman Scattering)或受激布里渊散射(SBS-Stimulated Brillouin Scattering)，形成对信号光的相干放大，如光纤喇曼放大器(FRA－Fiber Raman Amplifier)和光纤布里渊放大器(FBA- Fiber Brillouin Amplifier)。

本文仅对EDFA作相应的讨论。

一、铒离子的电子能级图----铒(E r)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。

6.2 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器（EDFA）基本原理：铒离子吸收泵浦光的能量，实现粒子数反转分布，受激辐射产生与入射光子完全一样的光子。

EDFA的特点工作波长与光纤最小损耗波长窗口一致；对掺铒光纤进行激励所需要的泵浦光功率较低； 增益高、噪声低、输出功率高。

连接损耗低。

长度为10m~100m左右的掺铒光纤，铒离子的掺杂浓度一般为25mg/kg左右半导体激光器，输出功率为10~100mW，工作波长为0.98μm或1.48μm。

将信号光和泵浦光耦合在一起。

保证信号单向传输滤除噪声，提高信噪比EDFA 结构及工作原理铒离子能级分布泵浦能带快速非辐射衰变亚稳态能带5EDFA泵浦方式EDFA的内部按泵浦方式分，有三种基本的结构：即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。

同向泵浦信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。

反向泵浦信号光与泵浦光从两个不同方向注入进掺铒光纤的结构，也称后向泵浦。

双向泵浦同向泵浦和反向泵浦同时泵浦的结构。

不同泵浦方式性能差异（1）（2）（3）8EDFA性能参数1.功率增益2.输出功率特性3.噪声特性功率增益功率增益:输出功率与输入功率之比。

12输出功率噪声EDFA的主要噪声种类：①信号光的散粒噪声；②被放大的自发辐射光的散粒噪声；③自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；④自发辐射光谱间的差拍噪声。

13EDFA的应用EDFA的基本应用：（1）延长中继距离；（2）与波分复用技术结合。

（3）与光孤子技术结合。

（4）与CATV等技术结合。

14。

1550nm低光输入掺饵光纤放大器产品概述：1.本产品使用的是机械式的高效率散热，全铝外壳的侧边有一排致密的散热器，内部又有专门的铝盒来安装泵浦激光器，既保护泵激光器也使激光器更有效地散热，同时使致冷、致热电路更轻松地调整泵激光器的最佳工作温度，更延长了泵浦激光器的工作寿命。

2.带RJ45标准接口的SNMP网管系统，使用户能轻松实现远端实时监控，产品提供协议输出和网管界面软件，以供用户自由选择，用户也可预留网管接口，随时加装插件式的网管板。

3.带RS232标准接口，可以用于计算机的本地网管监控。

4.泵浦激光器采用美国JDSU、Bookham和日本古河、掺饵采用美国OFS。

5.前面板上的VFD或LED显示器具有整机的功能显示和故障告警。

订货指南：OL A L 1550 -□□┯ ┯ ┯ ┯ ┯│ │ │ │ ││ │ │ │ ││ │ │ │ ││ │ │ │ ││ │ │ │ ┕┄┄┄表示输出光功率(13～24dBm)│ │ │ ││ │ │ ┕┄┄┄┄┄┄┄┄表示波长:1550nm│ │ ┕┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄表示低光输入型│ ┕┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄产品代号，A表示光纤放大器 ┕┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄本公司光设备代号原理图：主要技术指标：型 号 1550-141550-151550-161550-171550-181550-191550-201550-211550-221550-23输出光功率（dBm） 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 输入光功率(dBm) -8～5光波长 （nm） 1535～1570输出光功率稳定度(dB) ≤0.2偏振灵敏度（dB） <0.2偏振模式色散 （PS）<0.5光反射损耗（dB） ≥45光纤连接器 FC/APC、SC/APC噪声系数 （dB） <5.0(0dBm光输入)网管接口 RJ45(SNMP)、RS232或RS485功耗 （W） 50供电方式 （V） 220VAC(110～240)可选-48VDC工作温度 （℃） -20~+85尺寸 （"） 19"×15"×1.75"重量（Kg） 5.0操作指南：前面板说明1.VFD/LED显示屏显示光放大器的参数，VFD共有2排，上一排显示光放大器型号及机器编号或电话号码等，下一排显视工作状态，接通电源，面板显视READY：KEY OFF，说明电源接通正常，但无光功率输入，如光功率输入，则延时3秒后，数字面板显示该机型号，同时自动接通激光器电源，状态指示灯由红灯变为绿灯，说明本机工作正常，数字面板显示当前的整机工作状态。

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。

掺铒光纤放大器第2部分：L波段掺铒光纤放大器1范围本文件界定了掺铒光纤放大器（以下简称为“EDFA”）的术语和定义、分类；规定了L波段和扩展L波段EDFA技术要求、测试方法、可靠性试验、电磁兼容试验、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

本文件适用于光通信系统中所用的L波段和扩展L波段EDFA的设计、开发、生产和检验。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改）适用于本文件。

GB/T191包装储运图示标志GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T9254.1-2021信息技术设备、多媒体设备和接收机电磁兼容第1部分：发射要求GB/T15972.48-2016光纤试验方法规范第48部分：传输特性和光学特性的测量方法和试验程序偏振模色散GB/T16849-2023光放大器总规范GB/T16850.1光放大器试验方法基本规范第1部分:功率和增益参数的试验方法GB/T16850.3光放大器试验方法基本规范第3部分:噪声参数的试验方法GB/T16850.5光放大器试验方法基本规范第5部分:反射参数的试验方法GB/T16850.6光放大器试验方法基本规范第6部分:泵浦泄漏参数的试验方法GB/T26572电子电气产品中限用物质的限量要求GB/T39560（所有部分）电子电气产品中某些物质的测定YD/T1766-2016光通信用光收发合一模块的可靠性试验失效判据YD/T3127-2016混合光纤放大器SJ/T11364-2014电子电气产品有害物质限制使用标识要求IEC60825-1激光器产品防护第1部分：设备分类和技术要求(Safety of laser products-Part 1:Equipment classification and requirements)IEC61290-10-4光放大器-测试方法-第10-4部分：多波道参数-光谱仪内插减源法（Optical amplifiers-Test methods-Part10-4:Multichannel parameters-Interpolated source subtraction method using an optical spectrum analyzer）ITU-T G.691传输媒质的特性－光部件和子系统的特性（Transmission media characteristics –Characteristics of optical components and subsystems）ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2023静电放电敏感度试验-人体放电模型（HBM）组成等级（For Electrostatic Discharge Sensitivity Testing-Human Body Model(HBM)Component Level Telcordia GR-63-CORE：2012网络设备建造系统(NEBS)要求：物理保护(Networkequipment-building system(NEBS)Requirements:Physical Protection)Telcordia GR-418-CORE：1999光纤传输系统通用可靠性保证要求(Generic Reliability Assurance Requirements for Fiber Optic Transport Systems)Telcordia GR-468-CORE：2004电信设备用光电子器件通用可靠性保证要求(GenericReliability Assurance Requirements for Optoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment)Telcordia GR-1312-CORE：1999光纤放大器和专有波分复用系统总规范（Generic Requirements for Optical Fiber Amplifiers and Proprietary Dense Wavelength-Division Multiplexed Systems）3术语和定义GB/T 16849-2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件。