实验二十 掺铒光纤放大器(EDFA)的性能测试
一种新型宽带EDFA及其实验研究
一种新型宽带EDFA及其实验研究卜勤练1，2，孙军强1，邓韬2，龙浩2，黄宣泽2（1.华中科技大学光电子工程系，湖北武汉430074；2.武汉光迅科技有限责任公司，湖北武汉430074）摘要：文章提出了一种基于三端口增益平坦滤波器、且在拓扑结构上不同于以往并行或串行结构的掺铒光纤放大器（EDFA）的新结构。
理论模拟显示，同常规的并行结构EDFA相比，该新型结构在保证C波段EDFA性能的同时亦可将L波段掺铒光纤（EDF）用量减少48%以上，改善L波段泵浦效率55%以上。
实验中，我们在C波段使用两只输出功率分别为106.9和109.6mW的980nm泵浦激光器，两段EDF的长度分别为8.5和9.6m，在L波段我们仅用1只80mW的1480nm泵浦激光器，EDF长度为19.8m。
试验结果显示，在C+L波段内得到的信号增益>23dB，增益平坦度<0.6dB，噪声指数在C和L波段内分别<4.4dB和5.6dB。
关键词：宽带掺铒光纤放大器；增益平坦滤波器；泵浦效率；噪声指数中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1005-8788（2005）06-0057-03Study on a novel broad-band EDFABU Oin-lian1，2，SUN Jun-giang1，DENG Tao2，LONG Hao2，HUANG Xuan-ze2（1.Dept.of OptoeIectronics Eng.，HUST，Wuhan430074，China；2.AcceIink TechnoIogies Co.，Ltd.，Wuhan430074，China）Abstract：A noVeI broad-band EDFA empIoy a tri-port gain fIattening fiIter（GFF）moduIe is proposed in this paper.The new design of the EDFA with a noVeI setup on topoIogy and which is different form the conVentionaI paraIIeI or seriaI topoIogy setup.The simuIation shows that the noVeI setup can saVe more than48%EDF and improVe more than55%pump efficiency in L-band than which in the con-VentionaI EDFA whiIe the C-band EDFA's properties is remained.In the experiment，we used two980nm pump LD with the pump power at106.9mW and109.6mW，respectiVeIy.And the two segment EDF in C-band had the Iength of8.5m and9.6m.In L-band we set the output power of the onIy one1480nm pump LD at80mW，and the Iength of the L-band EDF is19.8m.The experiment on the noVeI EDFA got a resuIt with more than23dB gain and Iess than0.6dB gain fIattening in C+L-band.WhiIe the noise figure is Iess than4.4dB in C-band and5.6dB in L-band.Key words：broad-band EDFA；gain fIattening fiIter（GFF）；power conVersion efficiency（PCE）；noise figure（NF）目前，密集波分复用（DWDM）系统在光纤通信中得到了广泛应用。
实验掺铒光纤放大器EDFA的性能测试
● 实验步骤： a. 调整输入光功率，使其逐渐增大并记录EDFA的输出光功率 b. 当EDFA出现明显非线性 失真时，记录此时的输入光功率作为最大输入光功率 c. 减小输入光功率，直到EDFA无输出，记录此 时的输入光功率作为最小输入光功率
● a. 调整输入光功率，使其逐渐增大并记录EDFA的输出光功率 ● b. 当EDFA出现明显非线性失真时，记录此时的输入光功率作为最大输入光功率 ● c. 减小输入光功率，直到EDFA无输出，记录此时的输入光功率作为最小输入光功率
实验掺铒光纤放大器 EDFA的性能测试
汇报人：XX
目录
实验目的 实验设备 实验步骤
01 实验结果分析 04
02 结论总结 05
03
实验目的
了解EDFA的工作原理
实验目的：探究掺铒光纤放大器EDFA的工作原理 实验原理：利用掺铒光纤中的三能级系统实现光信号的放大 实验步骤：搭建实验装置，调整参数，进行测试 实验结果：通过测试数据，分析EDFA的性能指标
加强EDFA与其它光器件的集成与模块化研究，实现光通信系统的紧凑化与高效化
拓展EDFA在光传感、光医疗等领域的应用研究，挖掘其在物联网、智能制造等新兴产业中 的潜力
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汇报人：XX
测试EDFA的增益性能
实验目的：测试掺铒光纤放大器（EDFA）的增益性能
实验原理：利用EDFA对光信号进行放大，通过调节泵浦功率和信号波长，测量EDFA的增 益特性
实验步骤：搭建EDFA测试系统，设置泵浦功率和信号波长，启动测试并记录数据
实验结果：分析测试数据，得出EDFA的增益性能曲线和最佳工作条件
结论：实验结果表明，掺铒光纤放大器具有较低的噪声系数，能够有效地放大信号并降低背景噪声 干扰
光纤通信技术实验报告-掺铒光纤激光器
得分：_______ 光纤通信技术实验(2) 掺铒光纤激光器的设计实验报告一、实验目的1、完成环形腔掺铒光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同耦合比，优化设计激光器的阈值特性和输出效率。
2、通过使用不同滤波特性的滤波器，完成环形腔掺铒光纤激光器输出纵模特性的设计和选择。
3、完成光纤激光器的构建，并进行相关性能参数的测试。
二、实验原理与背景知识1.掺铒光纤(EDF)与掺铒光纤放大器(EDFA)当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子（Er3+、Nd3+、Tm3+、Yb3+等）时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现通常所说的粒子数反转。
反转后的高能态粒子在外界光场的诱使下，以光辐射的形式从高能级转移到基态，完成受激光辐射。
掺铒光纤放大器主要由波分复用器、大功率泵浦激光器、光隔离器和掺铒光纤构成。
根据泵浦光和信号光传播方向的相对关系, 掺铒光纤放大器的结构可分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种形式。
EDFA 是利用掺铒光纤中掺杂的稀土离子在泵浦光(波长980nm 或1480nm ) 的作用下, 形成粒子数反转, 产生受激辐射, 辐射光随入射光的变化而变化, 进而对入射光信号提供光增益。
其放大范围为1530～1565 nm , 增益谱比较平坦的部分是1540～1560nm , 几乎可以覆盖整个1550nm工作窗口。
2.掺铒光纤激光器(EDFL)掺铒光纤激光器是在掺铒光纤放大器技术基础上发展起来的。
目前掺稀土元素光纤激光器的研究受到了世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术研究领域一个十分活跃的前沿研究方向。
和传统的固体、气体激光器一样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。
泵浦源一般采用高功率半导体激光器( LD) , 增益介质为掺稀土光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。
泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射。
掺铒光纤放大器(EDFA)的研究与应用
-东海科学技术学院毕业论文（设计）题目：系：学生姓名：专业：班级：指导教师：起止日期：年月日掺铒光纤放大器（EDFA）的研究与应用摘要巨大的技术优势和容量潜力使光纤通信得到了迅猛发展，光放大器作为光通信系统中的关键器件之一，对光纤通信技术产生的影响，堪比电域中的放大器对电子和通信技术的影响，光放大器的问世不仅解决了光的衰减对光信号传输距离的限制，而且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能的优劣直接影响到网络通信的容量和质量。
掺铒光纤放大器是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，掺铒光纤放大器及相关技术的迅速实用化和商业化，标志着一个以光纤放大器为支撑的光通信技术产业化时代的到来，将在未来“信息高速公路”的建设中发挥重要作用。
本文首先介绍了光纤通信情况及EDFA 的发展状况和前景，并简要叙述了本文的主要任务，接着介绍了光放大器对光纤通信系统性能的影响及分析，然后介绍各类光放大器，进而深入剖析了EDFA工作机理，最后对EDFA 基于软件 OptiSystem进行了性能的仿真。
本文的重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理的前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性的系统电路图，然后对EDFA电路图进行数据模拟仿真，进而得到仿真图，通过图形来研究分析EDFA的特性。
关键字：光纤通信；光放大器；EDFA；OptiSystemErbium-doped fiber amplifier (EDFA) Research andApplicationAbstractHuge technological advantage and capacity of optical fiber communication has been the potential to bring rapid development of optical amplifiers for optical communication systems one of the key devices for optical fiber communication technology impact, comparable to the amplifier power in the domain of electronic and communication technologies influence , the advent of optical amplifiers not only solved the attenuation of light transmission limit of optical signals, and in optical communication lead to a technological revolution, its performance will directly affect the capacity and quality of network traffic. Erbium-doped fiber amplifier is a very long time in future optical fiber communication system the most practical value to one of passive optical devices, erbium-doped fiber amplifiers and related technologies and commercialization of rapid practical marks for the support of a fiber amplifier of optical communication technology industry coming of age, will in the future "information highway" to play an important role in the building. This paper introduces the situation and EDFA optical fiber communication situation and prospects of development and a brief description of the main tasks of this article, and then to the optical amplifier on the performance of optical fiber communication systems and analysis, and then describes various types of optical amplifiers, and then analyzed in depth EDFA working mechanism, and finally carried out on the EDFA performance software-based OptiSystem simulation. This paper will focus on familiar EDFA optical zoom mechanism and working principle of the premise, the use of OptiSystem EDFA characteristics of the software system structure diagram, and then the data on the EDFA circuit simulation, and then be simulated map, to research and analysis through graphical characteristics of EDFA .Keywords: optical fiber communication；Optical Fiber Communication；EDFA；Optisystem目录第1章绪论 (1)1.1光纤通信概述 (1)1.2 EDFA的发展现状及前景 (1)1.3 本文的主要任务 (1)第2章光放大器对光纤通信系统性能影响的分析 (2)2.1光纤通信系统 (2)2.1.1光纤通信系统的分类 (2)2.1.2光纤通信系统的主要优点 (2)2.2 IM-DD系统的工作原理 (3)2.3光放大器对中继距离的影响分析 (6)第3章光放大器 (6)3.1 光放大器 (6)3.1.1光放大器的意义 (7)3.1.2光放大器的分类 (7)3.2 半导体光放大器 (7)3.3 光纤放大器 (8)3.3.1 掺稀土光纤放大器 (8)3.3.2 非线性光纤放大器 (8)3.4 EDFA的优势 (9)第4章EDFA的理论基础及应用研究 (10)4.1 EDFA光放大机理 (10)4.2 EDFA的工作原理 (11)4.3 EDFA结构和泵浦方式 (12)4.4 EDFA的主要应用 (13)4.5 EDFA的工作特性分析 (14)4.5.1 EDFA的主要工作特性参数 (14)4.5.2 EDFA性能的定性分析 (16)第5章基于OptiSystem的EDFA仿真 (18)5.1 OptiSystem介绍 (18)5.2 在掺铒光纤放大器上的瑞利散射效应研究 (18)5.3掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统的优化研究 (24)小结 (26)致谢 (27)参考资料 (28)第1章绪论1.1光纤通信概述光纤通信是以光纤为传输介质的一种通信方式。
光纤通信实验六报告
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：设计参考反向泵浦EDFA 结构图，参考图如下：根据下述实验原理，可知同向EDFA Pump Laser 位于与CW Laser 同向的合波器前，而光纤输出端则不设置。
同理，双向EDFA就是两侧均放置了Pump Laser。
③实验原理：掺铒光纤放大器EDFA1、EDFA的结构和工作原理图 1 给出了双向EDFA 的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF）。
一种分析掺饵光纤放大器性能的简单方法
A Simple Approach of Analyzing the Performance ofErbium-Doped Fiber AmplifiersZ HAO Weiqun,Z H AN G Mingde,SUN X iaohan(Department of Electronic Engineering,Southeast University,N anjing,210096P.R.China)Abstract: The main perfo rm ances of erbium-doped fiber am plifiers a re the sa turated g ain and noise fig-ure.In this paper,a sim ple approach is introduced to simula te the performance o f erbium-doped fiber am-plifiers by using tw o em pirical fo rmulas.Then conflict equa tions are presented to improv e this approach. At the end o f the paper calcula tion results before and a fter im prov ement is giv en,furthermo re the compari-son of calculatio n results a nd measured data is also giv en.It has been sho w n to be mo re accura te.Key words: Erbium-do ped fiber am plifiers(EDFAs);Perfo rmance analy zing;Satura ted gain a nd Noise figureEEAC C: 4125,5270D一种分析掺饵光纤放大器性能的简单方法①赵伟群,张明德,孙小菡(东南大学电子工程系光纤实验室 南京 210096)摘要:掺饵光纤放大器的主要性能是它的饱和增益特性和噪声系数。
光电技术实验-掺铒光纤放大器
光电技术实验-掺铒光纤放⼤器掺铒光纤放⼤器(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。
光网络大作业
基于opt system的掺铒光纤放大器(EDFA)性能研究摘要：首先介绍掺铒光纤放大器(EDFA)放大原理，其次对掺铒光纤放大器(EDFA)的结构作简要分析，重点分析了EDFA放大增益和入射光波长、Er3+浓度之间的关系，以及双向泵浦掺铒光纤的性能和泵浦功率的关系。
关键词：EDFA，放大增益，饱和功率，噪声特性。
一、前言掺铒光纤放大器(EDFA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(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。
从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。
WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。
成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。
它具有以下优点：1.掺铒光纤的放大区域恰好与单模光纤的最低损耗区域相重合。
那么，被掺铒光纤放大器放大的光在光纤中的传输损耗小，能传输比较远的距离。
2.对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低。
3.放大频带宽，能在同一根光纤中传输几十甚至上百个信道。
4.噪声指数低，接近量子极限，意味着可级联多个放大器。
5.增益饱和的恢复时间长，各个信道间的串扰极小。
二、EDFA的工作原理掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤中掺杂离子在泵浦光的作用下，形成粒子数反转，从而对入射光信号提供光增益。
对于波长为980nm的泵浦源，掺铒光纤相当于一个三能级的系统。
铒离子通过受激吸收入射波长为980nm的光子的能量，从N1能级跃迁到N3能级，由于N3能到N2能级的驰豫时间很短，N3能级上的粒子很快跃迁到N2能级，N3能级上的粒子数基本上可认为是零。
图1 掺饵光纤放大器的工作原理图[1]N2能级到N1能级的驰豫时间比较长，为毫秒量级，是一个亚稳态。
当有波长1550nm左右的信号光子输入时，N2能级的粒子受激辐射向N1能级跃迁，产生和入射光子同频、同相、同方向的光子，于是，入射光就得到放大。
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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
表15-1：
编 输入功率 输出功率
噪声功率
增益 噪声系数
号 Pin（dBm） Pout（dBm） PASE（dBm） G(dB) NF（dB）
1
2
3
4
567源自82．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154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。
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
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-
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。
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
Pin Pout a b
c A d
图15-4 EDFA增益曲线示意图
O
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。
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：
图15-1 EDFA结构示意图
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
式中 h：普朗克常数，6.626196×10-34J·sec ：光频率， B0：有效带宽，本实验里取为40nm。
偏振相关增益变化：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和最小值，偏振相关增益变化可由下式算 出：
(3)
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。
ASE光。
(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 噪比之比,
(2)
Figure）:定义为放大器输入信噪比和输出信
(2)
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
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
EDFA
Power meter
(a)
EDFA
A B
1550nmLD
Power meter
PC
图15-3 实验装置示意图
Attenuator
(b)
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，
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。
图15-2 Er＋3的能级图 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。