实验二十掺铒光纤放大器(edfa)的性能测试
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edfa增益斜率【提纲】edfa增益斜率1.首先,我们要了解什么是EDFA。
EDFA,即掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier),是一种光纤放大器,利用铒离子掺杂光纤来放大光信号。
2.接下来,我们来了解EDFA增益斜率的定义。
增益斜率是指在一定条件下,输入光功率与输出光功率之间的变化关系。
它是衡量光纤放大器性能的重要参数。
3.那么,影响EDFA增益斜率的因素有哪些呢?首先,泵浦功率是一个重要因素。
泵浦功率越大,增益斜率越大。
其次,掺铒光纤长度也会影响增益斜率。
光纤长度越长,增益斜率越大。
再者,铒离子掺杂浓度也会对增益斜率产生影响。
掺杂浓度越高,增益斜率越大。
最后,激光器阈值也会影响增益斜率。
阈值越低,增益斜率越大。
4.当我们需要测量EDFA增益斜率时,可以采用光谱分析法或数值模拟法。
光谱分析法是通过测量输入和输出光功率的光谱来计算增益斜率。
数值模拟法则是在计算机上模拟光纤放大过程,从而得到增益斜率。
5.为了优化EDFA增益斜率,我们可以从以下几个方面进行改进:提高泵浦功率、增加掺铒光纤长度、提高铒离子掺杂浓度、降低激光器阈值。
这些方法都可以提高增益斜率,从而提高光纤放大器的性能。
6.EDFA增益斜率在光纤通信领域具有广泛的应用。
例如,它可以在光纤放大器中提高光信号的传输距离;在光波分复用系统中,它可以提高信号的传输质量和效率;在光网络中,增益斜率的大小关系到网络的传输容量和性能。
7.总之,EDFA增益斜率是一个重要的光纤放大器性能参数。
通过优化增益斜率,可以提高光纤通信系统的性能和传输距离。
edfa的主要特性参数EDFA(掺铒光纤放大器)是一种重要的光纤通信元件,主要用于放大光信号。
在光纤通信系统中扮演着至关重要的角色。
本文将介绍EDFA的一些主要特性参数。
1. 增益特性EDFA的增益特性是其最重要的性能之一。
增益特性包括增益带宽、增益峰值、增益均匀度等。
增益带宽是指EDFA在一定波长范围内的增益大小,通常以dB为单位。
增益峰值是指在增益带宽内增益最大的波长点,一般对应于掺铒光纤的激发光波长。
增益均匀度则是指在增益带宽内增益的变化程度,均匀度越高表示增益变化越平稳。
2. 饱和输出功率EDFA的饱和输出功率是指在输入光功率达到一定值时,输出光功率不再随输入光功率的增加而继续增大的功率值。
这个参数可以反映EDFA的线性度和饱和度,一般以dBm为单位。
3. 噪声特性EDFA的噪声特性是指在放大信号的同时还会引入一定的噪声。
常见的噪声包括ASE(Amplified Spontaneous Emission)噪声和相对强度噪声。
ASE是由EDFA自发发射的噪声,会影响信号的信噪比;相对强度噪声则是由激光波长的波动导致的噪声。
这些噪声参数对于光通信系统的性能影响非常大,需要被精确控制。
4. 偏振特性EDFA的偏振特性是指其放大效果对输入光的偏振状态的依赖程度。
一些EDFA可能对特定偏振态的光信号放大效果更好,需要在实际应用中进行偏振控制。
5. 工作波长范围EDFA的工作波长范围是指其有效放大的波长范围。
不同型号的EDFA在这个波长范围内会有不同的性能表现,需要根据具体应用选择合适的型号。
以上是EDFA的一些主要特性参数,这些参数直接影响着EDFA在光通信系统中的性能。
在选型和应用中需要充分考虑这些参数,以确保系统的稳定运行和高质量的信号传输。
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。
EDFA性能参数的研究和测试
作者:曹轲
学位授予单位:长春理工大学
1.刘惊惊高性能EDFA特性研究[学位论文]2003
2.窦清影增益控制EDFA的研究[学位论文]2006
3.费海峰WDM系统中EDFA特性的研究[学位论文]2007
4.齐志勇掺铒光纤放大器的模拟器研究[学位论文]2004
5.耿健掺铒光纤放大器的研究[学位论文]2003
6.强则煊低噪声、高增益、高平坦度掺铒光纤放大器的分析与实验研究[学位论文]2004
7.宋红彬ASE光源、EDFA和光纤激光器的理论与实验研究[学位论文]2004
8.申杰奋.刘要北.SHEN Jie-fen.LIU Yao-bei EDFA工作原理的分析及其在光通信中的应用[期刊论文]-新乡教育学院学报2007,20(1)
9.唐乾鑫低噪声掺铒光纤放大器的实验研究[学位论文]2006
10.陈艳光纤放大器新技术的研究[学位论文]2009
本文链接:/Thesis_Y930670.aspx。
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。
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:结构图,参考图如下:EDFA 设计参考反向泵浦.同向的合波器前,而光纤CW Laser 根据下述实验原理,可知同向EDFA Pump Laser 位于与Pump Laser。
输出端则不设置。
同理,双向EDFA就是两侧均放置了EDFA ③实验原理:掺铒光纤放大器的结构和工作原理、EDFA1。
泵浦源EDF)给出了双向图1 EDFA 的原理性光图,其主体是泵浦源和掺铒光纤()的作用是将泵浦WDMEDF 作为有源介质,提供反转粒子;波分复用器(用来提供能量;中,对它的要求是能将信号有效地混合而损耗最小;光隔EDF 光和信号光混合,然后送入的影响,保证系统稳定工作;滤波器的作用是滤)的作用是防止反射光对EDFA 离器(ISO中,它还起到增益平坦EDFA ),在两级宽带SNR除EDFA 的噪声,提高系统的信噪比(。
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。
edfa光纤放大器的增益计算方法EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)光纤放大器是一种利用掺铒(Er)的光纤来放大光信号的设备。
计算EDFA光纤放大器的增益是评估其性能的重要指标之一。
以下是EDFA光纤放大器增益的计算方法。
1. 引入EDFA增益公式EDFA的增益与输入信号功率(Pin)、输出信号功率(Pout)、以及光纤长度(L)之间存在一定的关系。
基于此,我们可以使用下面的公式来计算EDFA的增益(G):G = 10 * log10(Pout / Pin)2. 测量输入与输出功率首先,我们需要测量EDFA的输入功率和输出功率以供计算。
通过光功率计等仪器,可以准确地测量这些功率值。
确保测量时选择适当的波长范围和功率范围。
在测量输入和输出功率时,应确保信号完全传输到EDFA的输入端和输出端。
3. 确定光纤长度EDFA的光纤长度通常是已知的,可从制造商提供的产品规格中获取。
确保使用正确的长度值进行计算。
4. 计算EDFA的增益使用第一步中提到的EDFA增益公式进行计算。
将测量得到的输入功率和输出功率代入公式中,同时考虑光纤长度。
计算得到的结果即为EDFA的增益。
需要注意的是,由于EDFA的性能受到许多因素的影响(例如波长、输入功率水平、光纤损耗等),上述计算方法提供的增益值可能只是一个近似估计。
在实际应用中,准确的增益值可能需要进行更为精确的测量和计算。
总结:EDFA光纤放大器的增益计算是评估其性能的重要指标之一。
通过测量输入功率和输出功率,并使用相关的增益公式,我们可以得到近似的EDFA增益值。
然而,在实际应用中,需谨慎考虑其他因素对增益的影响,以获得更准确的结果。
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:
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
15-2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子,从而实现了信号光在掺铒光纤的传播过程中不
断放大。在放大过程中,亚稳态上的粒子也会以自发辐射的方式跃迁到基态,
自发辐射产生的光子也会被放大,这种放大的自发辐射(ASE:Amplified
Spontaneous Enission)会消耗泵浦光并引入噪声。
的基本性能
EDFA中,当接入泵浦光功率后输入信号光将得到放大,同时产生部分ASE
自发辐射光,两种光都消耗上能级的铒粒子。当泵浦光功率足够大,而信号
980nm
1480nm1520-1570nm
4I11/2
4I13/2
4I15/2
Er fiber
WDMIsolatorIsolator
Signal
980nm Pump LD
图15-1 EDFA结构示意图
图15-2 Er+3的能级图
光与ASE很弱时,上下能级的粒子数反转程度很高,并可认为沿EDFA长度方
向上的上能级粒子数保持不变,放大器的增益将达到很高的值,而且随输入
信号光功率的增加,增益仍维持恒定不变,这种增益称为小信号增益。
在给定输入泵浦光功率时,随着信号光和ASE光的增大,上能级粒子数
的增加将因不足以补偿消耗而逐渐减少,增益也将不能维持初始值不变,并
逐渐下降,此时放大器进入饱和工作状态,增益产生饱和。饱和增益值不是
一个确定值,随输入功率和饱和深度以及泵浦光功率而变。
小信号(线性)增益:输出与输入信号光功率之比,不包括泵光和ASE
光。
inASEoutPPPG10log10
(1)
式中Pin和Pout是被放大的连续信号光的输入和出功率,PASE是放大的自发辐射噪
声功率。
饱和输出功率:增益相对小信号增益减小3dB时的输出功率称为饱和输
出功率,在本实验中通过作图法得到。
噪声系数(NF:Noise Figure):定义为放大器输入信噪比和输出信噪比
之比,
(2)
(2)
式中 h:普朗克常数,×10-34J·sec :光频率,
B0:有效带宽,本实验里取为40nm。
偏振相关增益变化pG:测算出不同偏振状态下的小信号增益值,找出
所有小信号增益值中的最大值maxG和最小值minG,偏振相关增益变化pG可由
下式算出:
minmaxGGGp
(3)
ASEoutinASEoutinASEASEPPPPPhvB
PP
h010l0l1010log )G1BG
P
(log10)dB(NF
三、实验装置
本实验需要下列实验器件:
1550nm LD光源; EDFA; 光固定衰减器(Fixed Attenuator);
光功率计(Optical power meter); 偏振控制器(Polatization
control);
跳线(Jumper Cable); 法兰盘(Sdaptor)。
按图15-3所示将各器件放置在实验台上。
四、实验步骤
1.测量EDFA的增益曲线:按图3(a)所示用跳线连好实验装置,开启EDFA
稍候至稳定工作状态,先使EDFA的输入悬空,输出接光功率计,测得EDFA
的自发辐射噪声功率PASE;然后图15-3(b)连接各装置,开启1550nm LD光源
稍候至稳定输出状态,改变固定衰减器的数目,组合出不同的衰减率:35dB、
30dB、25dB、20dB、15 dB、10 dB、5 dB;用功率计在A点处测量并记录信
号光的输入功率Pin,同时对应每一个输入功率值,都要在B点处测得一个经
过EDFA的放大后输出功率Pout,并将实验数据填入表15-1中,计算出各个输
入功率下的增益值G,绘制出增益曲线。
EDFA
Power meter
(a)
EDFA
1550nmLD
Power meter
PC
图15-3 实验装置示意图
Attenuator
(b)
A
B
表15-1:
编号 输入功率 Pin(dBm) 输出功率 Pout(dBm) 噪声功率 PASE(dBm) 增益 G(dB) 噪声系数
NF(dB)
1
2
3
4
5
6
7
8
2.输出饱和功率、能够判别线性工作区和饱和工作区:在本实验中饱和
输出功率通过作图法得到,在1中测得的增益曲线示意图如图15-4所示,曲
线a是EDFA的增益曲线,虚线b表示其过0点的切线,其斜率即小信号增益,
虚线c的斜率是b的一半,所以与曲线a的交点A所对应的输出功率值即EDFA
的饱和输出功率。图中竖虚线d左侧是EDFA的线性工作区,右侧是EDFA的
饱和工作区。
3.绘制噪声系数曲线:根据式计算EDFA的噪声系数,并绘制以输入功
P
in
P
out
a
b
c
A
d
图15-4 EDFA增益曲线示意图
O
率为横轴以噪声系数为纵轴的噪声系数曲线。
4.偏振相关增益变化:重复实验步骤1的测量过程,只是测量输入和输
出功率时在衰减器和EDFA之间加入偏振控制器,测出各种偏振状态下的小信
号增益值,并找出其中的最大值Gmax和最小值Gmin代入(3)式,计算出偏振相
关增益pG。