文档介绍：-1- EDFA 性能的测量实验报告一、实验目的通过实验加深对掺饵光纤放大器( EDFA ) 的基本结构和功能的了解,通过测量 EDF A 的增益、输出饱和功率、噪声系数等参数,了解掺铒光纤放大器的技术参数及测量方法。使用实验室提供的仪器记录实验数据,应用相关知识分析处理数据并得出合理的实验结果。二、实验要求本次实验要求使用实验室提供的设备:光谱分析仪、 2m 长光纤等,按照实验规范进行实验,记录相关数据,通过分析数据得出所测 EDFA 的性能参数。实验完毕后整理实验平台,关闭仪器,将设备恢复到实验开始前的状态。三、实验原理 1、掺铒光纤放大器的工作原理 EDFA 的结构如下图所示: Er fiber WDM Isolator Isolator Signal 980nm Pump LD 图3 -1 EDFA 结构示意图 EDFA 主要由掺铒光纤、泵浦光源、波分复用器、隔离器等组成,当泵浦光入射到掺铒光纤时,掺铒光纤中的 Er 3+吸收泵浦光的能量,由基态 4I 15/2 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 3-2 所示, Er +3 从基态跃迁至泵浦态 4I 11/2 。由于泵浦态上的载流子的寿命只有 1μs, 因此载流子会迅速以非辐射方式由泵浦态跃迁至亚稳态,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 ) -2- 会消耗泵浦光并引入噪声,即自发辐射噪声。 2、 EDFA 基本性能指标 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,不包括泵浦光和 ASE 光。???? in ASE outPPPG?? 10 log 10 3-1 式中 P in和 P out是被放大的连续信号光的输入和出功率, P ASE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:放大器输入信噪比和输出信噪比之比。 3-2 980nm 1480nm 1520-1570nm 4I 11/2 4I 13/2 4I 15/2 图3-2 Er +3的能级图?????