掺铒光纤放大器特性测量.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.25M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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掺铒光纤放大器 Erbium-doped fiber amplifier （EDFA）特性测量

一、 EDFA 的结构及应用图 1 EDFA 基本结构 1

图 2 硅光纤中铒离子的能级图 2

铒离子的外层电子可看成三能级结构，即基态、亚稳态和激发态，基态能级最低，亚稳态是次低能级，激发态能级最高。若泵浦光的光子能量等于激发态能级与基态能级之差，掺杂离子 +3）吸收泵浦光后，由基态升至激发态。但是激发态是不稳定的，激（Er 发到激发态的铒离子很快返回到亚稳态，这就是自发辐射（ spontaneous emission）。若信号光的光子能量等于亚稳态能量与基态能量之差，由于两者之间的量子力学谐振效应导致亚稳态离子返回基态，并放射出与信号光子的频率、相位、偏振方向和传播方向均相同的额外光子，这就是受激发射（stimulated emission），结果使信号光得以放大。放大的信号光是相干光。 3

自发辐射是随机的是非相干光，可在任意方向。只有位于临界角内的自发辐射的那部分才可以耦合进光导区，其本身又可以进一步引起受激辐射。所以耦合进光束传输路径内的自发辐射光随后又被放大，放大了的和原始耦合进光束传输路径的自发辐射加在一起总称 ASE（Amplified spontaneous emission 放大的自发辐射）。ASE 是光放大器的噪声，它的频带很宽，可占据整个增益带宽。为了减少噪声，通常在光放大器中装有光滤波器。 4

图 3 EDFA 输出光谱图 5

EDFA 在系统中的应用主要有三种：发射机的末级功率放大器、线路放大器和接收机前放。 l 当 EDFA 作为发射机的末级功率放大器时，通常直接配置在激光器后，主要作用是将光信号放大到 10dBm 以上且不致恶化调制信号。此时对光放大器噪声特性要求不高。功率放大器通常工作在增益——输入功率饱和区，以便提高泵浦源功率转化为信号功率的效率。 l 当 EDFA 插入到光传输链路中作为线路放大器应用时，其作用是补偿光纤链路损耗。此时要求 EDFA 小信号增益高、噪声系数小。 l 当 EDFA 作为接收机前放时，EDFA 是配置在光检测器之前，此时的主要问题是噪声问题。 6

二、 EDFA 的主要特性参量图 4 EDFA 的性能曲线 EDFA 是一宽频带器件。波长带宽约 40nm。图 4 是某商品 EDFA 的测试曲线。由曲线看出在指定的工作条件下，EDFA 的输出功率、增益和噪声均与输入功率和波长有关 7

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