实验讲义

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1. 接通电源前,认真检查接线是否正确;

2. 若采用光电倍增管作为接收单元,一定不要在光电倍增管加有负高压的

情况下,使其暴漏在强光下(包括自然光)。在使用结束后,一定要注意调节负高压旋钮使负高压归零,然后再关闭电控箱。

3. 为了保证仪器的性能指标和使用寿命,在每次使用完毕,将入射狭缝

宽度、出射狭缝宽度分别调节到0.1mm左右。

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实验六 掺铒光纤放大器(EDFA)实验

一. 实验目的

1. 了解掺铒光纤放大器(EDFA)的基本结构和功能; 2. 测试掺铒光纤放大器(EDFA)的各种参数;

3. 了解参数的定义和计算方法,对EDFA的各种使用情况有一个充分的认识。

二. 实验仪器

DFB光源,EDFA测试仪,光可变衰减器(Turnable Attenuator) ,跳线(Jumper Cable),光功率计

三. 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O-E-O光电混合中继。其工作原理是,先将接收到的微弱光信号经PIN或APD转换成电流信号,并对此电信号实现放大,均衡,判决,再生等技术,以便得到一个性能良好的电信号,最后在通过半导体激光器完成电光转换,重新发送到下一段光纤中去.随着传输码率的提高、再生的能力也随之提高,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,同时还具有时时,高增益,宽带,再线,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波段的波峰复用,从而将使超高速,超大容量,超长距离的波峰

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复用(WDM),密集波峰复用(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),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)。他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。

1.EDFA的基本结构

EDFA一般由五个基本部分组成,即掺铒光纤(EDF),泵浦光源(pump-LD),光无源器件(包括耦合器、光波分复用器、光纤连接器、隔离器),控制单元、监控接口。

结构方框图1(a)

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光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起,一般采用波分复用器实现。

光隔离器的作用是抑制光反射,以确保光放大器工作稳定,它必须是插入损耗低,与偏振无关、隔离度优于40dB。光滤波器的作用是降低自发辐射产生的噪声对系统的影响。控制单元对光纤放大器的工作实时控制,并由监控单位提供工作状态信息。

2.EDFA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光,两种光都消耗上能级的铒离子。当泵浦光功率足够大,而信号光与ASE很弱时,上下能级的粒子数反转程度很高,并可认为沿掺铒光纤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。

增益:输出端口的信号功率与输入端口的信号功率的比值,以dB表示。(增益包括输入光纤跳线和输入口之间的连接损耗;并且实验中需要假定跳线与用作EDFA输入输出端口的光纤同类;同时注意从信号光功率中排除ASE噪声功率)。

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