掺铒光纤放大器实验
掺饵光纤放大器
掺饵光纤放大器物电学院08电子一班侯进：200840620110概论光纤通信中采用光纤来传输光信号，一般它受到两方面的限制:损耗和色散。
就损耗而言，目前光纤损耗的典型值在1.3μm波段为0.35dB/km，在1.55μm波段为0.20dB/km。
由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为50-100km. 90年代初期EDFA的研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了深刻的变化。
一般，光放大器都由增益介质、泵源、输入输出耦合结构组成。
根据增益介质的不同，目前主要有两类放大器，一类采用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素的光纤。
掺稀土光放大器，是在光纤芯层中掺入极小浓度的稀土元素，如饵、谱或铥等离子制作出相应的掺饵、掺镨或掺铥光纤。
光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。
主要有: 掺铒光纤放大器（EDFA－Erbium Doped Fiber Amplifier）、掺镨光纤放大器 (PDFA- Praseodymium Doped Fiber Amplifier) 和掺铥光纤放大器 (TDFA- Thulium Doped Fiber Amplifier) 等；另一类基于光纤的非线性效应，利用光纤的非线性实现对信号光放大的一种激光放大器。
当光纤中光功率密度达到一定阈值时，将产生受激喇曼散射(SRS- Stimulated Raman Scattering)或受激布里渊散射(SBS-Stimulated Brillouin Scattering)，形成对信号光的相干放大，如光纤喇曼放大器(FRA－Fiber Raman Amplifier)和光纤布里渊放大器(FBA- Fiber Brillouin Amplifier)。
本文仅对EDFA作相应的讨论。
一、铒离子的电子能级图----铒(E r)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。
三模掺铒光纤放大器仿真设计及实验研究
三模掺铒光纤放大器仿真设计及实验研究
伍文韬;张鹏
【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(47)1
【摘要】少模光纤放大技术是确保模分复用光纤通信系统远距离传输的关键技术,其增益、噪声系数及模式间增益差直接影响通信性能。
为设计可用于模分复用的高增益、低噪声系数三模掺铒光纤放大器,建立少模掺铒光纤放大器理论模型,仿真设计其各项参数,之后结合实验结果进行参数优化,实现小信号增益大于30 dB,噪声系数小于6 dB,模式间增益差小于2 dB,并且各模式信号光在三模掺铒光纤放大器中稳定传输放大,光束轮廓无明显畸变。
所设计的三模掺铒光纤放大器为进一步模分复用通信实验研究打下了基础。
【总页数】8页(P34-41)
【作者】伍文韬;张鹏
【作者单位】长春理工大学光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.掺铒光纤放大器的应用实验系统设计及研究
2.长波段掺铒光纤放大器用掺铒光纤的设计考虑
3.基于小信号放大的掺铒光纤放大器的仿真与实验
4.光纤型少模掺铒光纤放大器的差模增益可调性研究
5.基于退火算法的四模掺铒光纤放大器设计
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掺铒光放大器的设计与仿真1
摘要光放大器在光纤通信领域中承担着重要的角色，也是光纤通信中必不可少的组成部分。
其中，掺铒光放大器（EDFA）的研究和实用化，更是促进了光纤通信领域的发展。
EDFA 在密集波分复用（dense wavelength division multiplexing, DWDM）光通信系统和光纤有线电视（Community Antenna Television, CATV）系统中都有着广泛地应用。
掺铒光纤放大器直接对光信号进行放大，无需进行光电光变换，且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，已成为现代光通信系统的重要器件之一。
关键词：光纤通信，光放大器，掺铒光纤放大器（EDFA），设计，仿真ABSTRACTDWDM (dense where division multiplexing, DWDM) optical communication system and optical fiber cable (Community can Antenna Television be used, CATV) are widely used in the system. Direct optical signal is amplified and erbium doped fiber amplifier without photoelectric light transformation, and has a large output power, high gain, wide working frequency band and has nothing to do with the polarization, low noise figure, amplification characteristics has nothing to do with the system bit rate, data format, etc, has become one of the important device of modern optical communication system.Key words: optical fiber communication, optical amplifier, erbium-doped fiber amplifier (EDFA), design and simulation引言在新一代光纤通信中，人们采用光放大器代替原有的光电光中继，实现全光信号的高速传输和信息处理。
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。
EDFA性能参数的研究和测试
放大器小信号增益：__________dB；
放大器3dB饱和的信号输入功率：__________dBm；
计算输入为－40dBm时的信号输出功率：__________dBm；
计算输入为3dB饱和信号输入功率时的信号输出功率：__________dBm；
比较后两个功率值并分析其物理意义：
六、实验容：掌握软件使用方法（见附件）。通过构建光放大器模型并进行仿真分析，了解和掌握构成一个光放大器的工作原理和所需的最基本组成部分，了解光放大器的性能指标及各项参数。
七、实验设备：PC机, OptiSystem 4.0
八、实验原理：
1．EDFA系统的基本组成
使用铒离子作为增益介质的光纤放大器称为掺铒光纤放大器(ED光直接对光信号进行放大，提供光增益。它包括掺铒光纤和高功率泵浦源，作为信号和泵浦光复用的波分复用器（WDM），以及为了防止光反馈和减小系统噪声在输入和输出端使用的光隔离器。掺铒光纤放大器的结构因泵浦方式不同而不同，目前主要有同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦方式。
手动连线时，可把指针放在输出接口处，指针变为十字，说明是可以连接的，此时将会出现端口信息，单击此端口并将指针拖至要连接的端口处，放开鼠标即可。
注意：连接的两个端口必须同种性质（电或者光），两个输入（或输出）端口之间是不能相连的。
6、连线操作
可通过单击选中连线，按Delete键将其删除。
7、运行系统
在File菜单里选择Calculate，或单击按钮，在弹出的运算对话框中，左侧有三个选项，由上至下分别为
图4.1正向泵浦系统框图
2．EDFA的主要指标
(1).增益特性
增益特性代表了放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比。对于EDFA，其增益大小与多种因素如光纤中的掺铒浓度、泵浦光功率、光纤长度、泵浦光的波长等因素有关。
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
感谢您的观看
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。
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。
掺铒光纤放大器教案
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掺铒光纤放大器(EDFA)
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EDFA的输出功率与泵浦功率和输入信号功率的关系EDFA同样具有增益饱和特性
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五、EDFA的噪声特性对于EDFA，同样有
由于N1和N2与泵浦光功率和信号光功率相关，因此F与泵浦光和输入信号光功率以及放大器长度有关高的泵浦功率和较低的输入信号有利于获得较低的噪声指数由于980nm泵浦的EDFA为三能级系统，易于获得较高的粒子数反转（nsp，980=1.05~1.10； nsp，1480=1.3~1.8） ，所以980nm泵浦具有较低的噪声系数通常，EDFA的F~5
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典型的EDFA增益谱
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四、EDFA的小信号增益和饱和特性EDFA的增益与Er3+浓度与径向分布、光纤尺寸、放大器长度、泵浦功率、输入信号功率等参数有关计算表明：对于给定的放大器长度（EDF长度），增益随泵浦功率在开始时按指数增加，当泵浦功率超过一定值时，增益增加变缓，并趋于一恒定值。当泵浦功率一定时，放大器在某一最佳长度时获得最大增益，如果放大器长度超过此值，由于泵浦的消耗，最佳点后的掺铒光纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快下降。因此，在EDFA的设计中，需要在掺铒光纤结构参数的基础上，选择合适的泵浦功率和光纤长度，使放大器工作于最佳状态。
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增益平坦EDFA
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新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的平坦，掺杂工艺复杂
实验二十掺铒光纤放大器(EDFA)的性能测试
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：Er 3+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15-2所示，Er ＋3从基态跃迁至泵浦态4I 11/2。
实验五 光纤激光器与光纤放大器的设计实验
实验五 光纤激光器与光纤放大器的设计实验一、实验目的1、掌握掺铒有源光纤的增益放大特性；2、掌握光纤激光器的原理及其基本结构，掌握光纤激光器的设计及其波长调谐方法；3、掌握光纤放大器的原理及其基本结构，掌握光纤放大器的设计以及基本特性参数的测试方法。
二、实验原理（一）光纤激光器的基本结构光纤激光器和其它激光器一样，由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光跃迁的泵浦源三部分组成。
纵向泵浦的光纤激光器的结构如图1所示。
图1 光纤激光器原理示意图一段掺杂稀土金属离子的光纤被放置在两个反射率经过选择的腔镜之间，泵浦光从左面腔镜耦合进入光纤。
左面镜对于泵浦光全部透射和对于激射光全反射，以便有效利用泵浦光和防止泵浦光产生谐振而造成输出光不稳定。
右面镜对于激射光部分透射，以便造成激射光子的反馈和获得激光输出。
这种结构实际上就是Fabry-perot 谐振腔结构。
泵浦波长上的光子被介质吸收，形成粒子数反转，最后在掺杂光纤介质中产生受激发射而输出激光。
激光输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的，依赖于激光工作介质。
对于连续输出，激光上能级的自发发射寿命必须长于激光下能级以获得较高的粒子数反转。
通常当激光下能级的寿命超过上能级时只能获得脉冲输出。
光纤激光器有两种激射状态，一种是三能级激射，另一种是四能级激射，图2(a)、(b)分别表示三能级和四能级系统的跃迁系统的简化能级图。
两者的差别在于较低能级所处的位置。
在三能级系统中，激光下能级即为基态，或是极靠近基态的能级。
而在四能级系统中激光下能级和基态能级之间仍然存在一个跃迁，通常为无辐射跃迁，电子从基态提升到高于激光上能级的一个或多个泵浦带，电子一般通过非辐射跃迁到达激光上能级。
泵浦带上的电子很快弛豫到寿命比较长的亚稳态，在亚稳态上积累电子造成粒子数多于激光下能级，既形成粒子数反转。
电子以辐射光子的形式放出能量回到基态。
这种自发发射的光子被光学谐振腔反馈回增益介质中诱发受激发射，产生与诱发这一过程的光子性质完全相同的光子，当光子在谐振腔内所获得的增益大于其在腔内损耗时，就会产生激光输出。
实验一掺铒光纤放大器实验
光纤通信实验报告一、实验目的1.理解惨耳光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能；2.测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数并通过测量的参数计算增益，输出饱和功率，噪声系数二，实验仪器DFB光源；隔离器；EDFA测试仪u；光可变衰减器；光固定衰减器；跳线；光功率计。
三，实验原理掺铒光纤放大器的基本结构及工作原理：EDFA主要由掺铒光纤，泵浦光源，波分复用器，隔离器等组成，EDFA的内部按泵浦方式分为三中最基本的结构，即同向泵浦，反向泵浦和双向泵浦。
四，实验步骤1.测量EDFA的增益曲线：接通EDFA测试仪电源，稍候（大约5分钟）至稳定工作状态。
a，测量信号功率，跳过EDFA ,将两个隔离器连接起来，调整衰减器到合适值，功率计上显示的读数可以认为是EDFA的输入功率。
b，EDFA无输入，EDFA输出端按图一次连接，功率计上的读数可以认为是通过滤波器带宽内的ASE功率。
c，将第一个隔离器的输出接到ＥＤＦＡｄｅ输入端，此时功率计上的读数可以认为是放大后的信号和ASEde混合功率。
调整衰减器（通常5~10倍一个点），重复a,b,c步骤，用功率及测量并记录信号光的输出功率Pin，同时对应没一个输入功率值，都要测的一个经过ＥＤＦＡ的放大后输出功率Pout，同时测量每组衰减状态下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；并将使用数据填入表20-1中，并通过公式计算出各个输入功率下的增益值G和NF，绘制出增益曲线。
表２０－１实验数据表五，实验数据分析按公式G=10log10（（Pout-Pase）/Pin）NF=10log10（Pase*Pin/（hVB(Pout-Pase)+Pin/(Pout-Pase)）;其中h=6.628*10^(-34)V=3*10^8*155*10^(-9)B=688.24Ghz得到数据填入上述表格按下关数据画图如下：由图知数据明显与理论相差太大也符合当输入功率过大时数据产生明显失真的结论。
掺铒光纤放大器、激光器讲义
实验 I 掺铒光纤放大器原理及光谱特性测量实验
实验内容
1. 980nm 泵浦激光器的光谱测量； 2. DFB 信号激光器的光谱和输出功率测量； 3. 掺铒光纤放大器（EDFA）组装； 4. EDFA 的自发辐射光谱（噪声谱，ASE）测量； 5. DFB 激光器信号光的放大，EDFA 的增益测量和计算； （信噪比，泵浦光的利用率，增益饱和效应等）
实验仪器
1.980nm 泵浦激光器（LD） 2.掺铒光纤（EDF） 3.波分复用器件（WDM）
4.耦合器 （Coupler） 5. 单色仪 （Monochromator） 6.光功率计 （Optical Power Meter） 7.计算机数据采集系统（DAQ）
实验原理
一、半导体激光器（LD）原理概述
2n m
m=1,2…
需要指出的是，这种反射不是由某个反射面提供，而是由周期性波纹结构提供了相
反行进的两种光波模式的相互耦合，耦合的程度由周期性调制的射器型 LD 的结构示意图
图 2 中的下图是 Bragg 反射器型的半导体激光器的示意图，它与 DFB 型激光器的 区别是它的周期性折射率调制结构不是做在有源层上表面， 而是在有源层波导两外测的 无源波导上，这样的结构不仅具有激光振荡波长稳定，线宽窄，还可以避免使用复杂的 二次外延生长工艺，并且由于 Bragg 光栅做在无源波导上，不会引起有源层原子晶格的 破坏，降低量子效率。 当介质实现了粒子数反转(即介质具备了增益)， 光波在来回反射中得到不断的加强 和增长，当增益满足阈值条件以后(即增益大于所有损耗)，就会产生激光。这种光栅式 的结构实际上起到了一个选频谐振腔的作用，它所发射的激光的波长，完全由光栅的周 期 决定。所以，可以通过改变光栅的周期来调整发射波长，并获得极窄的线宽（单纵 模振荡） 。这一点，F-P 型 LD 是不可能做到的，F-P 型 LD 的发射波长只能位于自发辐 射的中心频率附近。 由此可见 DFB LD 和 F-P 型 LD 相比， 其发射频率的选择范围很宽， 可以在自发发射频率范围内自由地选择发射波长。 目前 DFB LD 已成为中长距离光纤通信应用的主要激光器，特别是在 1.3 m 和 1.55 m 光纤通信系统中。在光纤有线电视(CATV)传输系统中，DFB LD 已成为不可替 代的光源。 实验中使用的 980nm 泵浦光源是一种 F-P 腔结构的半导体激光器，其最大激光输出 功率为 120mW。作为信号光源的是一种 1550nm 波段的 DFB 半导体激光器，最大激光 输出功率为 2mW。
参铒光纤实验报告
一、实验目的1. 了解掺铒光纤的基本特性和工作原理。
2. 掌握掺铒光纤放大器的基本原理和实验方法。
3. 研究掺铒光纤放大器的增益特性、噪声特性以及稳定性。
二、实验原理掺铒光纤放大器（EDFA）是一种利用掺铒光纤作为放大介质的宽带光放大器。
其工作原理是：当泵浦光（通常为980nm的激光）注入掺铒光纤时，光纤中的铒离子会吸收泵浦光能量，实现能级跃迁。
随后，铒离子会自发辐射出光子，产生信号放大。
三、实验仪器与设备1. 掺铒光纤放大器实验装置2. 激光器3. 光功率计4. 光纤连接器5. 光纤测试仪6. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 将实验装置连接好，确保各部件正常工作。
2. 使用激光器产生泵浦光，将其输入掺铒光纤放大器。
3. 使用光纤连接器将信号源的光信号输入掺铒光纤放大器。
4. 使用光功率计测量泵浦光和信号光的功率。
5. 通过光纤测试仪测量掺铒光纤放大器的增益特性。
6. 改变泵浦光功率，观察并记录掺铒光纤放大器的增益特性。
7. 改变信号光功率，观察并记录掺铒光纤放大器的噪声特性。
8. 改变实验条件，研究掺铒光纤放大器的稳定性。
五、实验结果与分析1. 增益特性：实验结果显示，掺铒光纤放大器的增益随着泵浦光功率的增加而增加，且增益随信号光功率的增加而降低。
在最佳泵浦光功率下，掺铒光纤放大器的增益可达20dB以上。
2. 噪声特性：实验结果显示，掺铒光纤放大器的噪声系数较低，约为3dB。
随着信号光功率的增加，噪声系数逐渐降低。
3. 稳定性：实验结果显示，掺铒光纤放大器在改变实验条件时，增益、噪声系数等参数基本保持稳定，具有良好的稳定性。
六、实验结论1. 掺铒光纤放大器具有高增益、低噪声、宽带等优点，在光通信系统中具有广泛的应用前景。
2. 通过调整泵浦光功率和信号光功率，可以实现对掺铒光纤放大器增益和噪声特性的控制。
3. 掺铒光纤放大器具有良好的稳定性，适用于实际应用。
七、实验建议1. 在实验过程中，注意泵浦光功率的调整，避免过高的泵浦光功率导致器件损坏。
掺铒光纤放大器实验报告
掺铒光纤放大器实验报告引言掺铒光纤放大器是一种能够放大光信号的器件，利用掺杂有铒离子的光纤来实现放大功能。
本报告旨在介绍掺铒光纤放大器的实验原理、实验步骤以及实验结果分析。
实验原理掺铒光纤放大器利用了铒离子的特殊性质，当铒离子被激发时，会发射出特定波长的光子。
这些光子可以与输入的光信号发生相互作用，使信号得到放大。
掺铒光纤放大器由激发源、光纤和光探测器组成。
实验步骤1. 准备工作首先，我们需要准备实验所需的材料和设备，包括掺铒光纤、光源、光探测器、光纤连接器等。
确保实验环境光线较暗，以避免干扰。
2. 搭建实验装置将光源和光探测器与掺铒光纤分别连接起来，注意保持光纤的连接质量，以免信号损失。
可以使用光纤连接器来简化连接过程。
3. 测量初始光功率在实验开始之前，需要测量输入光源的初始光功率，并记录下来。
这可以作为后续实验结果的参考。
4. 开始实验将输入光信号通过掺铒光纤放大器，并让光信号在光纤中传输一段距离。
可以使用光纤延长器来延长传输距离。
5. 测量输出光功率在光信号通过掺铒光纤放大器后，使用光探测器测量输出光功率，并记录下来。
比较输出光功率与初始光功率的差异，可以评估掺铒光纤放大器的放大效果。
6. 数据分析根据实验结果，我们可以对掺铒光纤放大器的性能进行评估和分析。
可以计算放大倍数、增益和信噪比等指标，以判断实验的成功与否。
实验结果和讨论根据我们的实验数据，我们观察到输出光功率明显高于输入光功率，这表明掺铒光纤放大器成功地将光信号进行了放大。
通过计算，我们得到了放大倍数为X，增益为Y。
此外，我们还注意到放大过程中的信噪比有所下降，这可能是由于光纤传输过程中的损耗导致的。
在实验过程中，我们还发现了一些潜在的问题。
例如，光纤连接质量的影响、光源的稳定性和光探测器的灵敏度等。
这些因素可能会对实验结果产生一定的影响，需要进一步研究和改进。
结论通过本次实验，我们成功地搭建了一个掺铒光纤放大器实验装置，并进行了实验数据的测量和分析。
掺铒光纤放大器性能参数测试
1引言光纤通信中用光纤来传输光信号，它受到两方面的限制：损耗和色散。
由光纤损耗限制的光纤无中继传输距离为50~100km 。
在长距离光纤通信系统中，延长通信距离的方法是采用中继器，目前大量应用的是光-电-光中继。
但是，这样的光-电-光中继需要光接收机和光发射机来进行光-电和电-光转换，设备复杂，成本昂贵，维护运转不便。
近几年迅速发展起来的光放大器，尤其是掺铒光纤放大器EDFA (Erbium doped fiber amplifier)，成为光通信网络中必不可少的重要器件[1-3]。
在长途干线通信中，秦秋霞（郑州交通技师学院，河南郑州450016）摘要：阐述了掺铒光纤放大器EDFA 的基本原理，介绍了EDFA 性能参数测试的一般方法，对插入测量法进行了改进，使其更精确。
利用改进后的插入法对980nm 波长泵浦的EDFA 在1530～1560nm 间的增益和噪声系数进行了测量，绘制出了性能曲线。
关键词：掺铒光纤放大器；增益；噪声系数；测试方法中图分类号：TN253文献标识码：ATest of EDFA Performance ParametersQIN Qiu-xia(Zhengzhou College of Traffic Technicians,Zhengzhou 450016,China)Abstract:Basic theory of EDFA and the general testing method for EDFA 's performance parameter were introduced.The interpolation technique was improved to make it more precise.The gain and noise figure of EDFA pumped by 980nm wavelength were measured by using the new interpolation technique,when the incident light wavelength was from 1530nm to 1560nm.And the performance curve was drawn also.Keywords:EDFA(Erbium doped fiber amplifier)；gain;noise figure;test method掺铒光纤放大器性能参数测试文章编号：1007-1180(2009)05-0032-04它可使光信号直接在光域进行放大而无须转换成电信号进行信息处理，即用全光中继来代替光-电-光中继。
北大光纤测量：EDFA的测试1
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另一方面，在输入光信号关闭前后 EDFA 输出光功率相差几千倍，光谱分 析仪必须在短时间内由测量饱和光功率变为测量小功率， 这也需要恢复时 间，图 10 是光谱分析仪的恢复特性。在输入光信号关闭前后 EDFA 输出光 功率相差 30dB 时，可在 10μS 内测量 ASE，测量误差≤±0.2dB。
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
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探测法光谱图
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WDM 测量方法比较
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27
ν是信号光频率） ,PASE 是在信号波长处滤波器 （h=6.626!10-34J·S，
带宽 B0(Hz)内的 ASE 光功率(W)。
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2. 测试方法 测量增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和噪声系数的困难是 PASE 掩埋在被放大的光信号中，不易测 准。通常采用的方法有三种，即插值法、偏振消光法和时域消光法。下面 分别叙述这三种方法。 ① 插值法（电平拟合法） 认为在信号波长附近 ASE 功率是平坦的，测量在信号波长两侧的 ASE 功率，然后用最小二乘法拟合出线性方程，再求出在信号波长处的 ASE 功率。测试前先要规定拟合区间，在拟合区间内不能包含其它信号，为了 精确的拟合取拟合区间≥5nm 比较合适。 在拟合区间内还要扣除在信号波 长 附近 的 掩模 区 间，一 般 以 衍 射光 栅 为 基 础 的光 谱分 析仪 动 态 范围约 60dB（在距离峰值 0.5nm 处） ，所以取掩模区间为 1nm 足够了。
掺铒光纤放大器实验
实验十二掺铒光纤放大器实验实验目的：1. 理解掺铒光纤放大的原理；2. 学习Optisystem 软件的使用；3. 加深对光放大技术的认识。
实验仪器：1. Optisystem 软件实验原理：1. EDFA的概念EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。
信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。
信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。
泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm,波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。
2. 掺铒光纤放大器的基本结构掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。
半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。
波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。
光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。
EDFA 的三种泵浦方式进行比较:同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪声性能 反向泵浦(后向泵浦)型：输出信号功率高双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高3dB ，且放大特性与信号传输方向无关实验内容：增益G 是描述光放大器对信号放大能力的参数。
定义为：G 与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。
用Optisystem 软件完成如下测量。
1. 增益对输入光功率的依存关系2. 增益G 与输入光波长的关系3. 小信号增益随泵浦功率的关系4. 小信号增益随EDF 长度的关系实验报告要求：根据实验内容，完成器件选择与数据测量，绘图并对实验现象进行分析。
附：。
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实验十二掺铒光纤放大器实验
实验目的：
1. 理解掺铒光纤放大的原理；
2. 学习Optisystem 软件的使用；
3. 加深对光放大技术的认识。
实验仪器：
1. Optisystem 软件
实验原理：
1. EDFA的概念
EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。
信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。
信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。
泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm,波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。
2. 掺铒光纤放大器的基本结构
掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，
Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。
半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。
波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。
光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。
EDFA 的三种泵浦方式进行比较:
同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪声性能 反向泵浦(后向泵浦)型：输出信号功率高
双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高3dB ，且放大特性与信号传输方向无关
实验内容：
增益G 是描述光放大器对信号放大能力的参数。
定义为：
G 与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。
用Optisystem 软件完成如下测量。
1. 增益对输入光功率的依存关系
2. 增益G 与输入光波长的关系
3. 小信号增益随泵浦功率的关系
4. 小信号增益随EDF 长度的关系
实验报告要求：
根据实验内容，完成器件选择与数据测量，绘图并对实验现象进行分析。
附：。