光纤通信技术课程教案
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功率放大器的技术指标： 1） 输出功率：1额定输出功率：是指在一定的谐波失真系数和一定频率范围下所测的功率放大器的输出功率。 2最大输出功率：是指在一定的负载上，功率放大器在规定的谐波失真系数时，采用1000Hz 的正弦波检测信号所得到的连续最大的输出功率。业余条件下，功率放大器的额定输出功率可以通过下式进行换算： 额定输出功率＝最大输出功率×0.8 额定输出功率＝峰值功率×0.5 2） 放大增益：也为放大倍数，放大器的电压增益是指输出电压和输入电压之比，电流增益是指输出电流和输入电流之比，功率增益是指输出功率与输入功率之比。 3） 频率响应：反应了功率放大器对各种频率信号放大的情况。品质较高的功率放大器能够重放频率较宽的信号。一般的放大器频率响应均应在20Hz～20KHz 4） 信噪比：是指信号电平与噪声电平的比率，用S/N表示。S为信号电平，Ｎ为噪声电平。信噪比越高噪声越低。 5） 失真：是指放大器的输入信号与输出信号在几何形态上发生了变化。 其主要有：1谐波失真：由于放大器的非线性而产生的，会使声音走调。 2互调失真：是由各个频率信号之间相互调制而产生的，会使声音尖刺、混浊。 3相位失真：是由于放大器对于不同频率产生的相移不均而产生的。 4瞬态失真：会使声音变抖动、不清晰。 5交越失真：会使重放声产生间歇感。 6） 动态范围：是指放大器的最高输出电压与无信号时的噪声之比。其表示了功率放大器的重放声的动态范围和对微弱信号的表现能力。其会受输出功率的影响。 7） 瞬态响应：是指放大器对脉冲信号（瞬时大信号）的跟随能力。从声音的重放角度来看，瞬态响应较好，重放时就会干净、利落。否则会含糊不清。一般用转换速率SR来表示。转换速率是指在单位时间内信号电压的变化量，其单位是V/μs 。一般前置放大器的SR能够达到5V/μs就可以满足前置放大器的要求。一般功率放大器的SR能够达到50V/μs就可以达到高保真瞬态的要求。 8） 阻尼系数：是表示功率放大器的内阻的指标，它与扬声器的阻抗成正比，通常阻尼系数越大，扬声器的失真就越小。
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
光纤通信技术—光纤放大器 光导纤维通信简称光纤通信，原理是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。实际应用中的光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤放大器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。 名称：光纤放大器 关键字：光纤放大器 EDFA 半导体放大器光纤曼放大器 摘要：光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光弧子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种：光纤放大器、拉曼放大器、半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子（如铒、镨、铥等）作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的；掺铥光纤放大器的增益带是S波段；掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应?喇曼散射。在不断发生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器（S0A）一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。 1.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。 2.光纤放大器的发展方向 由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领域的关键器件——光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要
高功率放大器(HPA)基础知识 1、用途及特点 在无线通信系统，高功放（HPA）是发信电路重要组成部份。通常，它由多级放大器构成，其输出端是发射链路最高电平点，它经双工器与发射天线连接。 HPA在发信电路部位如图1所示。 高功放主要作用，是在发射频率上，将低电平信号放大到远距离传输所要求的高功率电平。因频段、传输距离、天线增益、信号调制方式等因素，不同发射机HPA输出功率差异甚大。在常用微波频段（800MHz~28GHz）可从几十瓦到几十毫瓦不等。 高功放电路特点： （1）在大容量（或多载波）数字通信系统，设计HPA电路尤其是末级电路，常发生大功率输出与线性要求之间矛盾。经常采用三种解决办法 * 采用平衡放大电路，其合成输出功率较单管增加一倍且保持单管线性。在常用微波频段经常用下图所示正交混合电路（或3dB桥）实现功率合成。 * 采用预失真补偿电路，设计一个预失真网络使它产生的三阶互调与HPA三阶互调在输出合路器中相互抵消。构成方式如下图所示，
予失真补偿电路设计复杂、带宽窄，使用不普遍。 *在HPA前级设置自动电平控制（ALC）电路，通过末级输出耦合检波直流，控制PIN衰耗，保持输出功率恒定。防止因前级输入电平过高因饱和失真。该方法只能予防失真而不能改善失真， （注：ALC与大容量长距离数字微波采用的ATPC不同，前者是以保持发射机输出功率恒定，防止失真为目的，采用的是开环控制方式。而自动发射功率控制（ATPC）是发射机功率受控于对端接收电平，当电波传播发生深度平衰落时，提高发射功率，最大可达到额定功率。在正常传输时间里使发射功率小于额定功率10dB。采用的是闭环控制方式。是以减轻干扰、抗平衰落为目的。） （2）HPA采用的大功率器件都呈现极低的输入、输出阻抗，其阻抗实部绝对值很小，都在1~3欧姆左右，而容抗和引线电感很大。对这样的大功率器件进行输入、输出和级间匹配非常困难。因单片微波集成电路（MMIC）技术的发展，许多厂家已制造出输入输出内匹配的大功率器件，大大地缓解设计难度。 （3）HPA输出级必须要考虑空载保护。若与输出负载间发生严重失配（如，连接天线馈线开路或短路）末级与输出负载电路之间将产生大驻波电压，驻波峰值电压一旦落在器件漏极，它与供电电压迭加将使器件击穿。 在微波频段常采取二种保护方法，在4GHz以上频段借助于输出隔离器中的反向吸收负载R吸收反射波，它如下图所示， 在低频段常用定向耦合器（Diectional coupler）检测反射波，超出定值时自动切断功放电源并发出告警。工作示意图如下
功率放大器技术指标概述 工作频率范围Operating Frequency 放大器满足或优于指标参数时的工作频率范围。 输出功率Output Power： 放大器的输出功率有两种表示方式：饱和功率和1dB压缩点输出功率。前者是输出的最大功率，后者则是指增益下降1dB时的输出功率，前者一般大于后者。对脉冲放大器有峰值功率和平均功率之分，前者表示有信号时的输出功率，后者则是按时间平均后的功率，两者之间的关系与信号的占空比有关。 增益Gain 功放输入输出功率的比值。 增益平坦度Gain flatness 表示放大器在工作频段内功率增益的波动。 噪声指数Noise Figure 指的是功放输出端和输入端信噪比的比值。
输入输出三阶截取点IIP3，OIP3 反映放大器的线性特性的指标。具体指三阶谐波与输入端基波电平相同时对应的输入/输出功率电平。此指标与输入电平的大小和放大器的增益无任何关系。 电压驻波比VSWR 放大器通常设计或用于50Ω阻抗的微波系统中,输入/输出驻波表示放大器输入端阻抗和输出端阻抗与系统要求阻抗(50Ω)的匹配程度。用下式表示：VSWR = （1+|Γ|）/（1-|Γ|） 其中Γ=（Z-Z0）/（Z+Z0） VSWR：输入输电压出驻波比 Γ：反射系数 Z：放大器输入或输出端的实际阻抗 Z0：需要的系统阻抗
效率Efficiency 指输入电流×输入电压＝总功率 效率＝实际输出射频功率/总功率×100％ 临道功率比ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) 用来衡量主信道的功率泄漏到相邻信道的多少，和放大器的线性、信号的调制等多因素有关。主要应用在象CDMA这样的宽频谱信号的研究上。 脉冲波的上升沿时间和下降沿时间Rise Time and Fall Time 上升沿时间：从脉冲波上升沿10％上升到90％所经历的时间； 下降沿时间：从脉冲波下降沿90％下降到10％所经历的时间； 脉冲宽度：两个脉冲幅值的50%的时间点之间所跨越的时间。 占空比Duty Cycle 在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间(脉冲宽度pulse width)与脉冲总周期(Pulse cycle)的比值。
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。
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
功率放大器性能指标测试 1、测试要求： 1.1电源为额定工作电压±2%，频率50H Z±1HZ 1.2测试信号标准频率：模拟：1KHZ，数字997HZ，超低音：30HZ （常用：80HZ，40HZ，100HZ） 1.3整机必须工作在以下状态： 1.3.1主音量电位器置最大 1.3.2如果有中置、环绕、超低音、音量置0ｄB 1.3.3音调电位器置中点。 1.3.4如果有等串响度，置于OFF位置。 1.3.5如果有声场处理器，置于关断位置。 1.3.6如果有其它滤波器，置于关断位置。 1.3.7接上额定负载，测试时用假负载，不允许用喇叭作负载。 1.3.8当测试卡拉OK功能时，把混响、延时、效果关最小位置。2 3、使用设备：双通示波器：HITACHI V-252 单针毫伏表：KIKUSUI AVM23
信号发生器：LODESTAR AG-2603AD 失真仪：ZD ZQ4121A 负载电阻：8?、4?、6?或额定负载。 4、失真限制的输出功率。 4.1测试目的：主要了解该机的输出功率是否达到额定功率。 4.2测量方框图：如图1 4.3输入信号：输入信号为标准参考频率，信号电平为额定源电动 势电平。 4.4测量步骤： 4.4.1按规定将被测样置于1.3状态，各通道接上足够功率的额 定负载电阻。 4.4.2调节主音量电位器，直到输出电压的总谐波失真达到额定 值，测量输出电压V 4.4.3失真限制的输出功率按下公式计算：P＝V2/R（“V”为额定失真限制的输出电压；“R”为额定负载的阻值。） 5、信噪比： 5.1测量目的：主要考核整机在静态状态下，噪声输出电平是否 达到指标要求。 5.2测量方框图：如图1 5.3测量输入信号：信号频率为标准参考频率，信号电平为：额 定源电动势电平 5.4测量步骤：
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。
几种常用集成运算放大器的性能参数 1．通用型运算放大器 A741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。μ通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例 2．高阻型运算放大器 ，IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。Ω这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞（109~1012） 3．低温漂型运算放大器 在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。4．高速型运算放大器 s，BWG＞20MHz。μA715等，其SR=50~70V/μ在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、 5．低功耗型运算放大器 W，可采用单节电池供电。μA。目前有的产品功耗已达微瓦级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10μ由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2V~±18V，消耗电流为50~250 6．高压大功率型运算放大器 A791集成运放的输出电流可达1A。μ运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中，输出电压的最大值一般仅几十伏，输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流，集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V， 集成运放的分类 1. 通用型 这类集成运放具有价格低和应用范围广泛等特点。从客观上判断通用型集成运放，目前还没有明确的统一标准，习惯上认为，在不要求具有特殊的特性参数的情况下所采用的集成运放为通用型。由于集成运放特性参数的指标在不断提高，现在的和过去的通用型集成运放的特性参数的标准并不相同。相对而言，在特性
放大电路的性能指标 放大电路的性能指标 性能指标可以分为三种类型: 第一种是对应于一个赋值已定,频率已定 的信号输入时的性能,这是放大电路的基本性能. 第二种是对应于赋值不变 而频率改变的信号输入时的性能.第三种是对应于频率不变而赋值改变的信 号输入时的性能. 第一种类型的指标: 1. 放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标. 它定义为输出变量的赋值与输入变量的赋值之比,有时也称之为增益. 虽然放大电路能实现功率的放大,然而在很多场合,人们常常只关心某一单项指标的放大倍数,比如电压或电流的放大倍数.由于输出和输入信号都有电压和电流量,所以存在以下四种比值: 电压放大倍数用Auu表示,定义为 Auu=Uo/Ui, 或简化为 Au=Uo/Ui 电流放大倍数用Aii表示,定义为 Aii=Io/Ii, 或简化为 Ai=Io/Ii 电压对电流的放大倍数用Aui表示,定义为 Aui=Uo/Ii 电流对电压的放大倍数用Aiu表示,定义为 Aiu=Io/Ui 式中的Uo,Ui,Io和Ii都是正弦信号的有效值.需要注意的是, 如果输出波形出现明显的失真,则比值就失去意义了,因此在输出端要有监视失真的措施(如用示波器观察波形). 其他指标也是如此. 2. 输入电阻 作为一个放大电路,一定要有信号源来提供输入信号.例如扩大机就是利用话筒将声音转化成电信号提供给放大电路的.还有其他经过温度,压力等传感器变换后产生的各种各样的电信号源. 放大电路与信号源相连,
就要从信号源取电流. 取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度,所以我们定义一个指标,来衡量放大电路对信号源的影响,叫做输入电阻.当信号频率不是很高时,输电流Ii与输入电压Ui基本同相,因此通常用输入电阻来表示.它定义为 Ri=Ui/Ii 从图中可见, Ri就是向放大电路输入端看进去的等效电阻. Ri越大,表明它从信号源取的电流越小,放大电路输入端所得到的电压Ui越接近信号电压Us.因此作为量测仪表用的放大电路其Ri要大. 但是对于晶体管来说, Ri大则取电流小,将降低放大倍数.所以在需要放大倍数而Rs为固定值的情况下,晶体管放大电路的i又以小一些为好. 3. 输出电阻 放大电路将信号放大后,总要送到某装置去发挥作用. 这个装置我们通常称为负载. 比如扬声器就是扩大机的负载. 当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时, 它两端的电压将下降, 这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻, 通称为输出电阻,记作Ro. 通常测定输出电阻的办法是在输入端加正弦波实验信号,测出负载开路时的输出电压Uo', 再测出接入负载RL时的输出电压Uo. 则有公式: Ro=(Uo'/Uo -1)*RL 输出电阻越大,表明接入负载后,输出电压的赋值下降越多.因此,Ro反映了放大电路带负载能力的大小. 第二种类型的指标: 4. 通频带 当只改变输入信号的频率时,发现放大电路的放大倍数是随之变化的,输出波形的相位也发生变化. 这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力. 一般情况下, 放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号, 当信号频率太高或太低时,放大倍数都有大幅度的下降. 当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数(记作Aum)的0.7倍时,这个频率称为上限截止频率,记作fH. 同样, 使放大倍数下降为Aum的0.7倍时的低频信号频率称为下限截止频率,记作fL. 我们将fH和fL之间形成的频带称为通频带 ,记作fbw,即 fbw=fH-fL 通频带越宽,表明放大电路对信号频率的适应能力越强. 对于收录机,扩大机来 说,通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富的高,低音都能完美地播放出来.
光纤放大器的故障处理方法 光纤放大器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。在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤拉曼放大器（FRA）等。光纤放大器在光纤通信系统中十分关键，但是也容易出现故障，这里简单分享光纤放大器的故障及处理方法。 步骤/方法1 光放大器，面板显示和实际输出是同步的，如果面板显示正常，则说明光放大器输出正常，如果这种情况下测试光放大器时光功率下降或不够，最大的可能性有以下几种： 1.光功率计不准，国产的光功率计只能测试光功率输出较小的设备，不能测试大功率输出的EDFA，测试光放大器的光功率计 必须原装进口，不能把不准确的仪器当作标准来使用。3 2.输出口的法兰损坏，这个可能性较小。 3.用户使用不当，在机器工作时插拔尾纤，烧伤光放大器输出的尾纤头，造成光放大器输出功率下降，如发生这种情况，只 要重新熔接光放大器的输出接头即可。 4.用户使用的尾纤质量太差，纤芯过长，在插入尾纤后擦伤光放大器的输出接头，这个现象是第一次测试是好的，第二次插 入再次测试时就光功率下降了，解决这个问题也只要重新熔接光放大器的输出接头就可， 5.光源的波长不对，如果1550nm光发射机的波长有偏差，会造成光放大器的输出光功率不够，也会造成面板显示偏小。 6.输入光放大器的光功率较小，如果低于标准值时可能会造成光功率变小，同时面板显示也会变小。 注意事项 ? 1.切勿将光纤输出口指向人体，尤其是眼睛，以免造成损伤。 ? 2.切勿在通电状态下进行路由的连接，以免因操作不当造成输出尾纤端面烧伤。 ? 3.由于产品的输出功率较大，使用时请关注本机的工作室温，保持通风良好。
1. 功放电路性能指标及测试方法 功率放大器的性能指标很多，有输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗、阻尼系数等，其中以输出功率、效率、频率响应、输入灵敏度、信噪比等项目指标为主。配备必要的仪器仪表主要有：音频信号发生器、音频毫伏表、示波器、失真度测量仪等。 （1）输出功率是指功放输送给负载的功率，以瓦（W ）为基本单位。功放在放大倍数和负载一定的情况下，输出功率的大小由输入信号的大小决定，包括最大输出功率和额定输出功率两种。 额定输出功率：指在一定的谐波失真指标内，功放输出的最大功率。应该注意，功放的负载和谐波失真指标不同，额定输出功率也随之不同。通常规定的谐波失真指标有1%和10%。由于输出功率的大小与输入信号有关，通常测量时给功放输入频率为1KHz 的正弦信号，测出等阻负载电阻上的电压有效值o U ，此时功放的输出功率o P 可表示为 ： 2o o =L U P R （4-1-4） 式中L R 为等效负载的阻抗。这样得到的输出功率，实际上为平均功率OAV P 。当输入信号幅度逐渐增大时，功放开始过载，波形削顶，谐波失真加大。谐波失真度为10%时的平均功率，称为额定输出功率，亦称最大有用功率或不失真功率。 最大输出功率：在上述情况下不考虑失真的大小，给功放输入足够大的信号，功放所能输出的最大功率称为最大输出功率。额定输出功率和最大输出功率是我国早期功放产品说明书上常用的两种功率。通常最大输出功率是额定功率的2倍。 2 L Uom Pom R （4-1-5） 其中，Uom 为放大器的最大输出电压有效值。 功放电路功率测量线路如图4-1-4所示，示波器用于监视波形失真之用，MV 表示音频毫伏表，L R 是负载电阻，O U 、I U 分别表示输出和输入信号电压。
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