掺铒光纤放大器及其应用
edfa的原理及应用
edfa的原理及应用什么是EDFAEDFA，即Erbium-Doped Fiber Amplifier，中文译为掺铒光纤放大器，是一种利用掺铒光纤提供增益的光纤通信设备。
掺铒光纤放大器具有宽带、低噪声和高增益等特点，被广泛应用于光纤通信系统中。
原理EDFA的原理基于掺铒光纤的放大作用。
掺铒光纤通常由二氧化硅和掺有铒离子的二氧化钇组成。
铒离子的能级结构决定了EDFA的工作原理。
EDFA工作的基本原理如下：1.激发态：铒离子的基态被外界光源激发到激发态，激发态的能级高于基态。
2.自发辐射：激发态的铒离子发生自发辐射，将部分能量以光子形式释放出来。
3.放大：自发辐射导致光子的能量逐渐聚集并增强，形成光强的增益。
4.反射：聚焦后的光经过光纤内部的掺铒光纤多次反射，从而实现放大。
应用EDFA广泛应用于光纤通信系统中，其优点主要体现在信号放大和信号传输距离上。
以下是EDFA的主要应用：1.信号放大：EDFA可放大光信号，提高信号强度。
由于其高增益和低噪声特性，EDFA适用于长距离光纤通信系统。
此外，EDFA还可用于信号衰减的补偿。
2.网络扩容：随着光纤通信需求的不断增长，传统的光纤通信系统可能无法满足大规模通信的需求。
EDFA可用于网络扩容，提高光纤通信系统的传输容量和速度。
3.光纤传输：光纤通信系统需要在传输过程中将信号传输到很远的地方。
EDFA可提供信号的增益，延长信号传输距离，减少信号的衰减。
4.光学卫星通信：EDFA可应用于光学卫星通信系统中，通过提供高增益和低噪声的信号放大，提高通信质量并增加可靠性。
5.光谱分析：EDFA可用于光谱分析仪器中，对光信号进行放大和分析，以获得更高的分辨率和精度。
6.光传感器：EDFA可用于光传感器中，增强传感器接收到的光信号，从而提高传感器的性能和灵敏度。
综上所述，EDFA作为一种高效、可靠的光纤通信设备，广泛应用于光纤通信系统中，为信号放大、光纤传输和光学卫星通信等提供了重要的支持。
掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应用
掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应用作者:厥类摘要光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。
因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成部分。
光纤放大器（OpticalFiberAmpler，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。
本论文介绍了掺铒光纤放大器的相关理论。
首先对掺铒光纤放大器的历史进行大致的简介，以及对光放大器的种类和掺铒光纤放大器工作原理进行了介绍。
重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。
关键字：光纤光纤通信掺铒光纤放大器应运AbstractOptical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of communication. Large capacity optical fiber communication with the communication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important component of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber communication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.This paper describes the erbium-doped fiber amplifier theories. First, erbium-doped fiber amplifier general introduction to the history and types of optical amplifiers and erbium-doped fiber amplifier operating principle was introduced. Focus on the erbium-doped fiber amplifier in a modern optical fiber communication system should be shipped.Keywords:Fiber Optical Fiber Communication Erbium-doped fiberamplifier Should be shipped前言人类传播信息方式是多种多样的。
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。
掺饵光纤放大器的原理及其应用论文
能力拓展训练任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目：掺饵光纤放大器的原理及其应用初始条件：具有扎实的电子科学与技术专业基本理论和系统的专业知识；具备初步的文献查阅，专题调研技能；一定的中英文文献阅读与综合能力。
要求完成的主要任务：1.在电子科学与技术专业体系范围内确定选题，题目自拟。
2.查阅与选题相关的文献资料，通过对文献资料的阅读分析与综合，写出调研报告；要求报告内容的可读性强，撰写格式规范，图标的使用正确，参考文献的引用恰当；字数不少于6000字，参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于2篇。
时间安排：1．2011年7月11日分班集中，能力拓展训练任务；讲解训练具体实施计划、报告格式的要求与答疑事项。
2．2011年7月12日至2010年7月14日完成选题的确定、资料查阅、能力拓展训练报告的撰写。
3. 2011年7月15日提交能力拓展训练报告书，进行验收和答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要 (I)Abstract (II)1引言 (1)2受激辐射光放大理论 (2)3掺饵光纤放大器系统组成 (3)4掺饵光纤放大器原理 (4)4.1掺饵光纤 (4)4.2泵浦光源 (4)4.3光隔离器 (4)4.4光耦合器 (5)4.5光滤波器 (5)5掺饵光纤放大器应用 (6)5.1掺饵光纤放大器在密集波分复用中的应用 (6)5.2固定增益光放大器与自动增益调整光放大器性能比较 (6)5.3掺铒光纤放大器与喇曼光纤放大器的联合使用 (7)6总结 (8)致谢 (9)参考文献 (10)本文从理论上研究了掺饵光纤放大器的原理，通过对泵浦放大理论的分析、光耦合理论的分析、光滤波理论的分析以及光隔离器的分析，深入研究了光放大器系统的构建理论基础，并从应用的角度，剖析了掺饵光纤放大器的优点以及应用前景，提出改进型的掺饵光纤放大器系统。
关键词：掺饵光纤放大器；泵浦；光耦合；光滤波；光隔离AbstractThe paper theoretically study of the effects of the fiber amplifier bait the principle of pump the analysis of the theory, light amplification coupling theory analysis, light filtering the analysis of the theory and the isolation of the light analysis, a deep research on the construction of the light amplifier system theory basis, from the point of view of the application, and analyzes the advantages of optical fiber amplifier mixed the bait and application prospect of the bait, and puts forward the improved with fiber amplifier system.Keywords: mixed bait fiber amplifiers; Pump; Optical coupling; Light filtering; Light isolation1引言光纤通信网络中由于光在传输过程中的损耗和色散，使长距离光纤通信受到限制。
掺铒光纤放大器的原理及在密集波分复用系统中的应用
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
掺铒光纤放大器在通信网中的应用课程设计
光纤通信课程设计题目：掺铒光纤放大器在通信网中旳应用院（系）名称专业班级学号学生姓名指导教师6月20日摘要光纤通信，就是运用光纤来传播携带信息旳光波以到达通信旳目旳。
光纤通信具有通信容量大、传播速率高、使用寿命长,等诸多特点。
因而得到了普遍旳应运，其中光放大器是光纤系统中旳重要构成部分。
光放大器旳问世不仅处理了光旳衰减对光信号传播距离旳限制，并且在光纤通信中引起一场技术革命，其性能旳优劣直接影响到网络通信旳容量和质量。
掺铒光纤放大器是未来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值旳无源光器件之一，掺铒光纤放大器及有关技术旳迅速实用化和商业化，标志着一种以光纤放大器为支撑旳光通信技术产业化时代旳到来，将在未来“信息高速公路”旳建设中发挥重要作用。
本论文简介了掺铒光纤放大器旳有关理论。
首先对掺铒光纤放大器旳历史进行大体旳简介，以及对光放大器旳种类和掺铒光纤放大器工作原理进行了简介，进而深入剖析了EDFA工作机理。
本文旳重点在于在熟悉EDFA光放大机理和工作原理旳前提下，运用OptiSystem软件构造研究EDFA特性旳系统电路图，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旳特性。
关键字：光纤通信，光放大器，掺铒光纤放大器，OptiSystem仿真目录1绪论 01.1概述 01.2掺铒光放大器旳发展及简介 01.3 EDFA旳优缺陷 (1)2 EDFA旳工作原理及应用 (3)2.1 EDFA光放大机理 (3)2.2 EDFA旳工作原理 (6)2.3 EDFA构造和泵浦方式 (7)2.3.1同向泵浦 (7)2.3.2反向泵浦 (8)2.3.3双向泵浦 (8)2.4 EDFA旳重要应用 (9)2.4.1 EDFA作为前置放大器 (9)2.4.2 EDFA作为功率放大器 (9)2.4.3 EDFA作为光中继器 (10)3 EDFA旳工作特性分析 (11)3.1 EDFA旳重要工作特性参数 (11)3.1.1功率增益 (11)3.1.2输出饱和功率 (13)3.1.3噪声系数 (14)3.2 EDFA性能旳定性分析 (14)4 基于OptiSystem旳EDFA仿真 (16)4.1掺铒光纤放大器在通信网中瑞利散射效应旳仿真 (16)4.1.1仿真系统电路图布局 (17)4.1.2 仿真参数设置及成果分析 (17)4.2掺铒光纤放大器增益对波分复用光波系统旳仿真 (23)4.2.1 仿真系统电路图布局 (24)4.2.2 仿真参数设置及成果分析 (24)5 结论 (27)道谢 (28)参照文献 (29)1绪论1.1概述如今用光纤来传递信息已成为非常重要旳信息传递方式。
掺铒光纤放大器_EDFA_及其应用
掺铒光纤放大器(EDFA )及其应用陆履豪,谭为平(南京工程学院,江苏南京210013)摘要:掺铒光纤放大器(EDFA )是WDM 光通信网络最关键技术之一。
论文对EDFA 的工作原理、基本组成、特性、安全要求、应用方式及EDFA 的发展趋势作了概括的阐述。
关键词:WDM ;EDF ;EDFA ;增益系数;噪声系数;光谱中图分类号:TN253文献标识码:B 文章编号:1005-7641(2002)08-0038-04收稿日期:2002-05-27作者简介:陆履豪(1946-),男,上海人,硕士,教授,从事电子技术和计算机应用的教学和研究工作; 谭为平(1956-),女,广东台山人,讲师,从事图像信号传输系统产品研制、开发工作。
0 前言近年来光纤通信的发展远远超出人们的想象,到2000年我国已铺设光纤总长度达3600万km ,预计2005年将达到1亿km 。
对于带宽的要求,也一直在增长着,估计对带宽的增长要求亦将达到每年50%～125%。
为了在已有的光纤通信线路上,既扩大其容量,又使成本降到最低,WDM 是最优先选择的方案。
从1995年开始WDM 技术进入了高速发展的时代,WDM 发展之所以迅速,得益于掺铒光纤放大器(ED 2FA )的发展。
EDFA 的成熟与商用化,使在1530～1565nm 区域采用WDM 技术成为可能。
1987年世界上第一台EDFA 开发成功至今,EDFA 的发展及商用化,使WDM 系统的应用进入了一个新时期。
基于光纤放大器是光通信网络最关键技术之一,而EDFA 又是至今最成熟的光纤放大器,本文将对EDFA 的工作原理、基本组成、特性、安全要求、应用方式及光纤放大器的发展趋势作一概括的阐述。
1 掺铒光纤放大器(EDFA )工作原理如果在石英光纤的纤芯中,掺入一些三价稀土金属元素,如Er (铒)、Pr (镨)、Thu (铥)等,即可形成一种特殊光纤,这种光纤在泵浦光(激励光)的激励下,可放大光信号,即构成了光纤放大器。
文献综述-掺铒光纤放大器(EDFA)的研究与应用
文献综述前言：随着信息业务量的快速增长,语音、数据和图像等业务综合在一起传输,从而对通信带宽的容量提出了更高要求,但是无线电频谱和电缆带宽非常有限,其极限速率只有20Gb/s左右,使得这种综合传输受到了限制,即所谓的“电子瓶颈”。
光作为信息传输的载体带宽可达30THz以上,但是由于量子效应导致光纤线路中各种复用/解复用和光电/电光转换器件处理电信号时仍存在着速率“瓶颈”,限制了信息的传输速率。
进入20世纪90年代,以光波分复用(WDM)为基础的全光通信网(AON)成为人们研究的热点。
目前全光通信的研究还处于起步阶段,许多技术难点需要克服。
虽然光纤放大器不能解决全光通信中所有的技术难点,但是对光纤放大器的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。
掺铒光纤放大器的出现，是光纤通信发展史上的重要里程碑。
克服了传统的光—电—光中继方式导致的通信系统复杂化、效率低、造价高等问题，迅速成为光通信网络中的重要器件，获得了广泛的应用，极大地推动了WDM/DWDM通信系统发展。
WDM/DWDM通信系统的发展，又对EDFA的性能提出了更多的要求，譬如要求光纤放大器具有更大的带宽，智能化的增益控制、功率控制等。
正文：自从有了人类，就有了信息交流和传递的需要。
我国古代的狼烟和烽火可以说是最早的利用光进行信息传递的方式。
随着科技的进步，电话、电报一直到目前连接全球的因特网，通信技术，特别是近代通信技术，经历了一个从低频到高频，从高频到微波进而到达光频的演变过程。
通信技术在人类社会起到了越来越大的作用，成为这个信息时代的支柱技术。
光纤通信技术的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，二十多年以来，在经历了三代进化之后，它正以超摩尔定律的速度向前发展。
目前世界上80％以上的信息是通过光纤传送的，未来的传送网必然是建立在光纤通信技术之上的。
近年来，信息和通信技术的飞速发展，光纤放大器的研究和发展又进一步扩大了增益带宽，将光纤通信系统推向了高速率、大容量、长距离方向发展。
掺铒光纤放大器及其应用
1
0 1480 nm
1450
1500
1550 Wavelength (nm)
1600
1650
980 nm 泵浦: 三能级系统能够很好的表述; 简化为二能级模型能够更贴近现实。
1530-1560 nm
Ⅱ. EDFA 的基本结构
EDFA的基本结构
• EDFA 主要由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、耦合器、光隔离器及光滤波器 组成，结构如图所示。
•Pre-amplifier
前置放大器（PA）：放在光接 收机之前，放大微弱的光信号 ，以改善光接收灵敏度，对噪 声要求苛刻。
发射器 发射器 发射器
光纤 EDFA
EDFA
光纤 接收器
在线放大器
EDFA
光纤
接收器
功率放大器
光纤
EDFA
接收器
前置放大器
泵浦功率和光纤长度对增益的影响
增益 dB 增益 dB
主要内容
I. EDFA的基本理论基础 II. EDFA基本结构 III. EDFA的特性参数 IV. EDFA的理论模型 V. EDFA扩展 VI. EDFA设计软件Optiwave的应用
I. 掺铒光纤放大器理论基础
光为什么会放大？
• 电子轨道 • 电子能级 • 跃迁
辐射跃迁（发光） 非辐射跃迁（不发光） • 受激吸收（光泵浦） • 受激辐射（光放大） • 自发辐射（产生噪声） • 获得光放大的基本条件：粒子数反转 上能级的粒子数比下能级的多
输出功率（mW 或 dBm）饱和输出功率，最大输出功率
• 增益平坦 • 增益系数 • 增益饱和
40
20
0
增益 dB
L=20m L=5m
5
掺铒光纤放大器EDF掺铒光纤放大器.PPT
半导体光放大器（SOA)
四、应用
1、多信道放大中存在的问题 •噪声大（Fn~8dB) •信道串扰（交叉增益调制XGM、四波混频FWM） •增益饱和引起信号畸变
2、其他应用 A、光波长转换：
光波长转换器（Wavelength Converter）是一种实现将光信号从某一波 长的光载波转换至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统向 光 网络演变的一个关键性器件。光波长转换器能使网络在不同节点处 重复 使用某一个波长，这种“波长再利用”无疑能提高波长的利用效 率，有 效地减少波分复用网络中所需波长的数量 机理：
掺铒光纤放大器(EDFA)
•多信道放大中存在的其它问题： 要求：增益平坦、增益钳制、高的输出功率
1、增益平坦
固有的增益不平坦 增益差随级联放大而积累增大
各信道的信噪比差别增大 各信道的接收灵敏度不同
1544
1569
典型的EDFA增益谱
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3
光发射机 N
掺铒光纤放大器(EDFA)
掺铒光纤放大器(EDFA)
2、增益钳制
•EDFA对信道的插入、分出或信道无光故障等因素引起的输入 光功率的变化（较低速变化）能产生响应--瞬态特性 •瞬态特性使得剩余信道获得过大的增益，并输出过大的功率， 而产生非线性，最终导致其传输性能的恶化--需进行自动增益 控制 •对于级联EDFA系统，瞬态响应时间可短至几~几十 s，要求 增益控制系统的响应时间相应为几~几十 s
掺铒光纤放大器在光孤子放大方面的应用
掺铒光纤放大器在光孤子放大方面的应用黄河 B21214024【摘要】本文介绍了掺铒光纤放大器，放大原理。
光孤子。
以及掺铒光纤放大器在光孤子通信系统中的应用。
【关键词】EDFA 光孤子通信光放大1引言掺铒光纤放大器(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。
光孤子在光纤的传播过程中，不可避免地存在着损耗。
不过光纤的损耗只降低孤子的脉冲幅度，并不改变孤子的形状，因此，补偿这些损耗成为光孤子传输的关键技术之一。
目前有两种补偿孤子能量的方法，一种是采用分布式的光放大器的方法，即使用受激拉曼散解放大器或分布的掺铒光纤放大器；另一种是集总的光放大器法，即采用掺铒光纤放大器或半导体激光放大器。
利用受激拉曼散射效应的光放大器是一种典型的分布式光放大器。
其优点是光纤自身成为放大介质，然而石英光纤中的受激拉曼散射增益系数相当小，这意味着需要高功率的激光器作为光纤中产生受激拉曼散射的泵浦源，此外，这种放大器还存在着一定的噪声。
集总放大方法是通过掺铒光纤放大器实现的，其稳定性已得到理论和试验的证明，成为当前孤子通信的主要放大方法。
光放大被认为是全光孤子通信的核心问题。
本文由掺铒光纤放大器的优良性质联想到利用掺铒光纤对光孤子进行放大。
着重讨论了掺铒光纤的结构，放大原理，以及在光孤子通信方面的利用。
2掺铒光纤放大器2.1结构铒光纤放大器基本结构。
在输入端和输出端各有一个隔离器，目的是使光信号单向传输。
泵浦激器波长为980nm或1480nm，用于提供能量。
耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中，通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中，实现输入光信号的能量放大。
掺铒光纤放大器基本结构
掺铒光纤放大器基本结构掺铒光纤放大器（EDFA）是一种利用掺铒光纤中的铒离子来实现信号放大的高性能光纤放大器。
在光通信领域中广泛应用的EDFA，通过将铒离子掺入光纤中来实现光信号的放大，从而提高信号传输的距离和质量。
本文将深入探讨掺铒光纤放大器的基本结构、工作原理以及在光通信系统中的应用。
**一、掺铒光纤放大器的基本结构**掺铒光纤放大器的基本结构主要包括光纤、激发器、泵浦光源、滤波器和耦合器等组成部分。
1. 光纤：掺铒光纤是掺有铒离子的光纤，其内部的铒离子能够吸收泵浦光源的能量，并将其转化为放大信号的能量。
2. 激发器：激发器用于向掺铒光纤中输入激发信号，激发铒离子的能级跃迁，使其处于激发态。
3. 泵浦光源：泵浦光源是用于供应泵浦光能量的光源，常见的泵浦光源有光纤激光器和二极管激光器。
4. 滤波器：滤波器用于滤除放大信号中的杂散光，确保输出信号的纯度和质量。
5. 耦合器：耦合器用于将泵浦光源的能量耦合到掺铒光纤中，并将放大信号从掺铒光纤中耦合出来。
以上是掺铒光纤放大器的基本结构，不同的应用场景和需求还可能会有一些其他的组成部分，但基本结构通常是这样的。
**二、掺铒光纤放大器的工作原理**掺铒光纤放大器的工作原理主要涉及到铒离子的能级跃迁和光信号的放大过程。
当泵浦光源输入泵浦光能量时，其中的光子被掺铒光纤内的铒离子吸收，使得铒离子处于激发态。
在激发态下，铒离子会发生非辐射性跃迁，即从高能级跃迁到低能级，释放出与之相应的能量。
这部分能量就是用来放大光信号的能量。
当光信号通过掺铒光纤时，处于激发态的铒离子会与光信号发生能量的交换作用，将光信号中的能量吸收并转化为放大信号的能量。
这样，光信号就得到了放大。
最后，经过滤波器的过滤，杂散光被滤除，只留下所需的放大信号输出。
**三、掺铒光纤放大器在光通信系统中的应用**掺铒光纤放大器在光通信系统中有广泛的应用。
它能够实现光信号的放大，从而延长信号传输的距离，提高信号传输的质量和可靠性。
掺铒光纤放大器
特点：光路简单，电路控制灵活性强
24
均衡EDFA的工作原理— 增益锁定
隔离器
泵浦源
掺铒光纤
信号输入
可调滤波器 可调衰减器
激光箝制放大器（光控）
隔离器 信号输出
环形腔结构
LD PUMP
ISO
WDM
Input Signal
Grating 1
EDF
ISO
Grating 2
Output Signal
特点：完全自动， 精确度高
增益谱的形状随信号功率而变，在有信道上、下的动 态情况下，失衡情况更加严重
22
WDM+EDFA系统的均衡技术—立足EDFA
立足于EDFA的均衡功能的开发 • 采用新型宽谱带掺杂光纤：
掺铒氟化物光纤（30nm)； 高掺铝的铒铝共掺光纤（17nm）；
• 采用与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器；
只能适应静态情况的平坦，当信道功率变化时仍不能保持平坦
29
长波段（L-band）掺铒光纤放大器
30
k
g
*k
/
h k
14
掺铒光纤放大器的基本理论模型(4)
增益：
G
exp
L 0
g
*
n2 nt
n1
nt
dz
增益的大小和谱分布由粒子数反转水平及掺铒光纤长度决定
噪声系数：
NF
10log10
SNRin SNRout
10 log10
2nsph G 1 ase
hG ase
10 log10
Pase
什么是掺铒光纤放大器
电子轨道 电子能级 跃迁
辐射跃迁（发光） 非辐射跃迁（不发光） 受激吸收（光泵浦） 受激辐射（光放大） 自发辐射（产生噪声） 获得光放大的基本条件：粒子数反转
电力通信网中掺饵光纤放大器的研究与应用
图 １ 掺饵光纤放大器在 电力通信 网中的应用
面； － ｑ 代表信号光在 光纤 芯功率 中占总功率 的 比例 ； Ｉ ， ｓ 代表信号 光场如何分布 以及光纤掺杂半径 中的重叠程度 ； Ｚ 代表掺铒光纤
长度 。
从 上 式 可 以得 出 ： 在泵浦光 Ｐ 较强 ， 而且大于 Ｐ 时， （ ｄ Ｐ ｄ ｄ ｚ ） ＞
的Ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ 、 Ｇ ａ ｉ ｎ 和Ｎ Ｆ 均 随着 光纤 长度增 加 而增 大 ； 然而， 增 加 Ｅ Ｄ Ｆ的长度到 一定值 时 ， Ｇ ａ ｉ ｎ 趋于饱 和 ， 同时 Ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ 和Ｎ Ｆ 也 趋 于一定值 ， 这时得出的长度数值就是最佳 的掺铒光纤长度 Ｌ 。 这一结论与公式（ ３ ） 相 吻合 。
输出功率
（ ｄ Ｂ ｍ）
１ ４． ７ １ ７ ． ８ １ ８ ． ６ ｌ ９ ． Ｏ
噪声系数 小信号增 益
（ ｄ Ｂ ）
５ ． １ ４． ８ ４－ ４ ４－ ３
（ ｄ Ｂ ｍ ）
Ｏ． １ Ｏ ． １ Ｏ ． １ Ｏ ． １
（ ｄ Ｂ ）
３ ０． ８ ３ ２ ． ５ ３ ２ ． ９ ３ ３ － ２
端机和掺饵光纤放大器组成 的电力通信传输 网的经济合理性 和 技术先进性都强过传统的 １ ３ １ ０ ｎ ｍ的电力通信传输系统。 如图１ 所示 ， 电力通 信光传输 网系统前端 由一 台 １ ５ ５ ０ ｎ ｍ光 发射器 和掺饵光 纤放大器组合 而成 ， 被掺饵光纤 放大后 的信 号 光 的光功率 经由光分路器在 所有的线路 上星形分配 ， 这 当中有
一
ｌ
／
龉
器
拇饵赣 缎城＿ 蠢 嚣
在式（ ３ ） 中， Ｐ ｓ （ ｚ ） 、 Ｐ ｐ （ ｚ ） 、 Ｐ Ａ Ｓ Ｅ （ ｚ ） 、 Ｐ ｓ ａ ｔ 、 Ｐ ｔ ｈ 分别代表 了信号 的 光功 率 、 泵 浦光功率 、 放 大 自发辐射 （ Ａ Ｓ Ｅ ） 功率 、 信号饱 和功率 、 泵浦 阈值 功率 。 ／ ， 代表信 号光 吸收 与辐射 截
掺铒光纤放大器在光纤有线电视网络中的应用
掺铒光纤放大器在光纤有线电视网络中的应用武汉有线广播电视网络有限公司高见韩高鹏一. 概述我国CATV网络基本上是采用G.652光纤加同轴电缆（HFC）的方式进行建设的。
但在EDFA没有商用化以前，光纤部分一直使用色散小、衰耗大但技术成熟早的1310nm系统,在现有发射光功率(<15mW )条件下, 要确保传输指标，系统有 35km的传输距离限制。
因此，使得CATV在稍大范围内长距离传输、集中分配光信号、建立可靠的自愈主干网无法实现。
目前，EDFA在1550nm波长窗口已经商用，它实现了直接光放大，无需转换成电信号，并且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统信号类型无关等特点，使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题，为CATV网络在当前的升级改造过程中实现大范围长距离传输、集中分配光信号、建立可靠的自愈主干网、促使CATV网络从光纤同轴电缆网向光缆网转变提供了新的手段。
二. EDFA基本特性参数1.增益和输出光功率EDFA的增益G定义为输出光功率和输入光功率之比即:G=10lg(P0/P i)(dB) 饱和输出光功率P sat是指由最大增益下降3dB时对应的输出功率，表示EDFA从线性增益区变化到非线性增益区的转折点，当输出功率高于P sat时，增益随输出光功率的增大而减小。
对于给定的EDFA,其增益与输入光的强度、泵浦光功率及掺铒光纤长度都有关系。
小信号输入时的增益系数大于大信号输入时的增益系数。
当输入光弱时，高能位电子的消耗减少并可从泵激得到充分的供应，因而，感应辐射就能维持达到相当的程度。
当输入光变强时，由于高能位的电子供应不充分，感应辐射光的增加变少，于是就出现饱和。
泵浦光功率越大，掺铒光纤越长，3dB饱和输出功率也就越大。
2.噪声系数FEDFA的噪声系数定义为F=(SNR)in/(SNR)out，这里SNR指的是将输入光信号转变为输出电信号时的信噪比，是衡量EDFA内部噪声大小的量。
掺铒光纤光源原理及应用技术研究
掺铒光纤光源原理及应用技术研究掺铒光纤光源是一种利用掺铒光纤作为放大介质的光源。
铒元素具有能级分裂和辐射传递的特性，因此可以实现光子在铒元素能级之间的传递和放大。
掺铒光纤光源的工作原理是通过激光器产生激发光波，然后通过掺铒光纤的放大作用来放大激发光波，最终输出高功率的连续波光信号。
1.光通信：掺铒光纤光源可用于信号传输和放大。
与传统的半导体光放大器相比，掺铒光纤光源具有更大的增益带宽和更小的噪声系数，能够实现更高速、更远距离的光纤通信。
2.激光器：掺铒光纤光源可以作为激光器的放大介质。
通过调节掺铒光纤中的掺铒浓度和长度，可以获得不同的激光波长和功率输出。
3.光测量：掺铒光纤光源可用于光谱分析、光学成像等光学测量领域。
由于掺铒光纤光源具有宽带和高功率输出的特点，可以提供高分辨率和高灵敏度的测量结果。
4.生物医学：掺铒光纤光源可用于光学诊断和治疗。
例如，利用掺铒光纤光源的近红外光谱特性，可以实现非侵入性的组织成像和病变检测。
5.光存储：掺铒光纤光源可用于光纤光存储器件。
通过调节掺铒光纤的激发光波长和功率，可以实现高速、大容量的数据存储。
为了提高掺铒光纤光源的性能和应用效果，研究者们在原理和技术方面做了大量的研究工作。
例如，通过改变掺铒光纤的掺杂浓度，可以调节光源的放大带宽和输出功率。
此外，优化光纤的制备工艺和结构设计，可以提高光纤的传输效率和耐用性。
同时，设计和开发适用于掺铒光纤光源的封装和调制技术，也是当前研究的重点之一总之，掺铒光纤光源是一种具有广泛应用前景的光源技术。
通过不断的研究和探索，可以进一步提高其输出性能和应用效果，推动其在光通信、激光器、光测量、生物医学和光存储等领域的应用。
掺饵光纤放大器_EDFA_的特性和应用浅析
４１掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）的特性和应用浅析Ｂｒｉｅｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ查兵曹晖Ｚｈａ ＢｉｎｇＣａｏ Ｈｕｉ（九江学院，江西九江３３２００５）（Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２００５）摘要： 掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）是光通信网络中最关键技术之一。
本文对ＥＤＦＡ的工作原理、基本组成作了概括的阐述，分析了ＥＤＦＡ的增益特性，着重讨论了ＥＤＦＡ在有线电视网（ＣＡＴＶ）中的应用特点。
关键词： 掺铒光纤放大器； ＥＤＦＡ ； 增益； ＣＡＴＶ中图分类号：ＴＮ９２９．１ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）１１－０１００－０３Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ＥＤＦＡ） ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｎｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｈａｓ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｂｒｏａｄ ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ，ｈａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ＥＤＦＡ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ＥＤＦＡ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ （ＣＡＴＶ）＇ｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ； ＥＤＦＡ； Ｇａｉｎ； ＣＡＴＶ０引言在整个光纤传输链路中，光信号在传输过程中的产生的衰减一直是人们所普遍关注的问题。
掺铒光纤放大器的原理与应用毕业论文
掺铒光纤放大器的原理与应用毕业论文毕业设计（论文）报告题目掺铒光纤放大器的原理与应用掺铒光纤放大器的原理与应用摘要:光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
光纤通信具有通信容量大、传输速率高、使用寿命长,等诸多特点。
因而得到了普遍的应运，其中光放大器是光纤系统中的重要组成部分。
光纤放大器（简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。
本论文介绍了掺铒光纤放大器(简写EDFA)的相关理论。
首先对光纤放大器的种类进行大致的简介，其次阐述了掺铒光纤放大器的历史和发展，以及对掺铒光纤放大器工作原理进行了介绍。
重点关注了掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应运。
关键字：光纤、光纤通信、掺铒光纤放大器、应运Principles and applications of the erbium-doped fiberamplifierAbstract：Optical Fiber Communication, is the use of optical fiber to transmit light waves carry information in order to achieve the purpose of communication. Large capacity optical fiber communication with the communication, transmission rate, long life and many other features. And so it generally should be shipped, in which optical fiber amplifier is an important component of the system. Fiber amplifier is used in optical fiber communication lines. A new type of signal amplification to achieve all-optical amplifiers.This paper describes the erbium-doped fiber amplifier theories. First, erbium-doped fiber amplifier general introduction to the history and types of optical amplifiers and erbium-doped fiber amplifier operating principle was introduced. Focus on the erbium-doped fiber amplifier in a modern optical fibercommunication system should be shipped.Keywords:Fiber 、Optical Fiber Communication 、Erbium-doped fiber 、amplifier Should be shipped前言 (1)第一章绪论 (1)1.1 光纤通信系统中放大技术 (3)1.1.1光纤放大器的分类 (3)1.1.2 半导体光放大器 (4)1.1.3 光纤放大器 (6)1.2 掺铒光纤放大器的发展历史 (6)1.3 EDFA 的发展方向 (8)第二章掺铒光纤放大器的工作原理及性能参数 (10)2.1掺铒光纤放大器的介绍 (10)2.1.1 EDFA放大器的组成 (10)2.1.2 EDFA的放大原理 (11)2.1.3 EDFA的基本性能 (12)2.2 EDFA的优缺点 (12)2.3 EDFA的主要应用形式. (14)2.4 EDFA的增益特性 (15)第三章 EDFA在密集波分复用系统中应用与研究 (18)3.1 波分复用（WDM）的基本概念 (18)3.1.1 波分复用系统的组成 (18)3.1.2 EDFA在WDM系统中的应用 (19)3.1.3 WDM系统对EDFA的要求 (19)3.1.4 密集波分复用（DWDM）原理概述 (21)3.2 EDFA在密集波分复用（DWDM）系统中应用的分析 (22)3.2.1 EDFA在DWDM系统中的作用和应用方式 (22)3.2.2 DWDM中对EDFA的主要性能要求 (25)第四章总结 (27)致谢 (28)参考文献人类传播信息方式是多种多样的。
WDM系统中掺铒光纤放大器(EDFA)的原理及其应用
图 １ Ｅ Ｆ 大原 理 Ｄ Ａ放
￡
相 互 作 用 从 ｛ 级 跃 迁 到 高 能 级 ， 且吸 氐能 并 收 激 发 光 子 。 激 辐射 是 离 子 与 光 子相 受 互 作用 从 高 能 级 跃 迁 到 低 能 级 ， 发射 出一 个与激发光子 完全相同的光子 （ 即光 子 的 频率 、 位 、 播 方 向 、 振态 相 同 ） 如 图 ｌ 相 传 偏 。 所 示Ｅ 的 能 级 结 构 。 如 图所述 ， 离子有 三个 工作 能级 ： 铒 Ｅｌ Ｅ ￣ Ｅ 。 中Ｅｌ 级最 低 ， 为基态 ； ２ 、Ｂ ３其 能 称 Ｅ 为 亚稳 态 ； ３ 级 最 高 ， 为 激 发态 。 在 Ｅ 能 成 未 受 任 何 光 激 励 的 情 况 下 ， 在 最 低 能 级 处 Ｅｌ ， 上 当用 泵 浦 光 源 的 激 光 不 断 地激 发掺 铒 光 纤 时 ， 于 基 态 的 粒 子 获 得 了能 量 就 处 会 向高 能级 跃迁 。 如果 由Ｅ１ 迂￣ Ｅ３， 跃 Ｊ ｆ 由于 粒 子 在 Ｅ 这 个 能 级 上 是 不 稳 定 的 ， 将 迅 ３ 它 速 以 无 辐 射 过 程 到 亚 稳 态 能 级 上 ， 该 能 在 级 粒 子 的 寿 命 相 对 较 长 ， 于 泵 浦 光 源 不 由 断 的 激 发 ， 能 级 上 的 粒 子 数 就 不断 的增 Ｅ２ 加 ， Ｅ１ 级 上的 粒 子数 就 减 少 ， 而 能 当输 入 光 信 号的 光子 能 量 Ｅ－ｈ 正 好 等 于 Ｅ 和 Ｅｌ Ｉ ｆ ２ 的 能 级 差 时 ， 稳 态 上 的 粒 子 将 以 受激 辐射 亚 的 形 式 跃 迁 到 基 态 上 ， 辐射 出 和输 入 光 并 信 号 中 的 光 子 一 样 的 全 同光 子 ， 从而 大 大 增 加 了 光 子 数 量 ， 得 输 入 信号 光 在 掺铒 使 光 纤 中 变 为 一 个 强 的 输 出光 信 号 ， 现 了 实 光的直接放大 。 当然 这 对 泵 浦光 远 的 工 作 波 长也 有一 定 的 要 求 ， ２ 出 了铒 离 子 的 吸 收谱 ， 图 给 从 中 可 看 出 在波 长 ６ ０ ５ ｎｍ、 ０ ｎｍ、 ８ ｎ ８０ ９ ０ ｍ、 ｌ８ ｎ ４ ０ ｍ处 都 有吸 收 带 ， 这 些频 带 上 都可 在 以 看作 是ＥＤＦＡ泵浦 光 源的 工作 波长 。 但经 过效率 等因素 的比较 ，８ ｎ ９ ０ ｍ和 １ ８ ｎ ４ ０ ｍ的半 导 体激 光 器更适 合 用作 ＥＤＦＡ的泵 浦光 源 。 而９ ０ ｍ￥ 对 于 ｌ ８ ｎ ８ｎ １ ￣ ４ ０ ｍ来 讲 ， 增益 高 、 声 噪 小 ， 目前 光纤 放 大 器 的首 选 泵浦 波 长 。 是 在 Ｅ Ａ采 用的 泵浦 方 式有 多种形 式 ， ＤＦ 主要 从 泵 浦 光源 输 出 的能 量 是 否和 输 入 的 光 信号 能 量 以 同 一 方 向注 入 掺 铒 光 纤 命 名 ， 可 它 分 为 同 向 泵 浦 方 式 、 向 泵浦 方 式 及双 向 反 泵浦方式。 双 向 泵 浦方 式 具 有 了正 向 泵 普及 反 向 泵 浦 的 优 点 ， 此 这 种 方 式 不 但 可 使 泵浦 因 光 在 光 纤 中 均 匀 分 布 ， 输 出功 率 的 角度 从 看 ， 泵浦 的输 出功 率 为 １ ｄ ｍ ， 向 泵浦 单 ４Ｂ 双 可达 ｌ ｄ Ｂｍ。 ７ 而且 ， 向泵 浦 的放 大 效 率最 双 好， 同向 泵 浦 方式 噪 声 最 低 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
April 18, 2017 • 21
Ⅲ. EDFA的特性参数
April 18, 2017 • 22
增益 G（dB） 输出信号功率与输入信号功率的比值
G(dB) 10log10
60 铒纤长度 m 增益 dB 50 40 40 30 20 20 50
Ps ,out Ps ,in
10
10
20
30
增益 dB
• 增益平坦 • 增益系数 • 增益饱和
40
L=20m
20 L=5m
0 5
10 泵浦功率 mW
April 18, 2017 • 26
Ⅴ. EDFA理论模型-Giles模型
April 18, 2017 • 27
Simplified EDFA Model: Giles模型
假定
– 两能级系统 – 均匀展宽 – ASE 噪声可忽略 – 忽略激发态吸收 – 沿光纤功率变化速度慢 – 铒离子限制得好
光纤 接收器
•Booster amplifier
后置放大器（BA）：放在光发 射机后，以提高发射光功率， 对其噪声要求不高，饱和输出 功率是主要参数。
接收器
•Pre-amplifier
前置放大器（PA）：放在光接 收机之前，放大微弱的光信号 ，以改善光接收灵敏度，对噪 声要求苛刻。
EDFA
接收器
April 18, 2017 • 19
April 18, 2017 • 32
Ⅵ. EDFA扩展
April 18, 2017 • 33
掺铒光纤放大器
EDFA的主要优点有： • 工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光 纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1 dB。 • 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm； 增益特 性与光偏振状态无关。
泵浦功率 mW
April 18, 2017 • 24
增益带宽（nm）工作带宽，平坦增益带宽
Gain (dB)
40
P Input: -30 dBm
30
-20 dBm -10 dBm
20
10 1520
-5 dBm
1540
1560
1580
输出功率（mW 或 dBm）饱和输出功率，最大输出功率
April 18, 2017 • 25
Absorption
Gain
自然界给光通信的礼物:铒离子的增益谱与光 纤传输最低损耗窗口重合。
April 18, 2017 • 4
主要内容
I. II. III. IV. V. VI.
EDFA的基本理论基础 EDFA基本结构 EDFA的特性参数 EDFA的理论模型 EDFA扩展 EDFA设计软件Optiwave的应用
April 18, 2017 • 18
掺铒光纤放大器的三种应用方式
• In line amplifier
中继放大器（LA）：在光纤线 路中每隔一段距离设置一个光 纤放大器，以延长干线网的传 输距离。
光纤 发射器 EDFA EDFA 在线放大器 光纤 发射器 EDFA 功率放大器 光纤 发射器 前置放大器
引入光纤吸收系数和发射系数：
k ak
2
i r , n r, , z rdrd
k t 0 0
g *k ek ik r , nt r , , z rdrd
0 0
2
2
定义：粒子数沿截面平均
ni z
n r, , z rdrd
增益的大小和谱分布由粒子数反转水平及掺铒光纤长度决定 噪声系数： NF 10 log10
10 log10 10 log10
SNRin SNRout
2nsp h G 1 ase hG ase Pase hG ase
当泵浦充分 nsp 1 ，且G>>1时，噪声系数达到极限 3dB.
其中，定义饱和参数
2 beff nt /
和饱和光强的关系：
Pksat k g *k / h k
April 18, 2017 • 31
掺铒光纤放大器的基本理论模型(4)
增益：
L n2 n1 dz G exp g * n n t t 0
April 18, 2017 • 5
I. 掺铒光纤放大器理论基础
April 18, 2017 • 6
光为什么会放大？
• • • 电子轨道 电子能级 跃迁 辐射跃迁（发光） 非辐射跃迁（不发光） • • • • 受激吸收（光泵浦） 受激辐射（光放大） 自发辐射（产生噪声） 获得光放大的基本条件：粒子数反转
AOC China
Advanced Optical Communication
Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) and Its Applications for WDM Optical Networks
Jessica Zhao MFG.Dept.
April 18, 2017 • 1
上能级的粒子数比下能级的多
April 18, 2017 • 7
三种能级跃迁方式
受激吸收
受激吸收后
E2
hv E1
E2
E1
受激发射
受激发射后
E2 hv
E2 hv E1 hv
自发辐射
自发辐射后
E2
E2
hv
E1
E1
April 18, 2017 • 8
粒子数反转
高 能 级
激发态
低 能 级
基态
April 18, 2017 • 9
i 0 0 2 beff
2
交迭积分
k ,i z
i r, n r, , z rdrd
k i 0 0
ni
April 18, 2017 • 30
掺铒光纤放大器的基本理论模型(3)
速率方程和传输方程变为：
P z k n1 P z g *k n 2 n 2 d n2 k k dt h h k k k k
4I
0 1450
1480 nm
1500 1550
Wavelength (nm)
1600
1650
1530-1560 nm
13/2
980 nm 泵浦: 三能级系统能够很好的表述; 简化为二能级模型能够更贴近现实。
4I
15/2
April 18, 2017 • 14
Ⅱ. EDFA 的基本结构
April 18, 2017 • 15
四能级系统
April 18, 2017 • 11
铒纤吸收谱
April 18, 2017 • 12
铒离子能级示意图
• • 泵浦波长可以是514、679、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。
快速非辐射跃迁
同时产生自发辐射噪声 (ASE)
传输方程：
dP k uk ek ik r , n2 r , , z rdrd Pk z m h k k uk ak dz 0 0
2
2
i r, n r, , z rdrd P z
k 1 k 0 0
• 噪声指数小， 一般为4～7 dB； 用于多信道传输时， 隔离度大，无串扰， 适用于波分复用系统。
• 频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm， 可进行多信道传输， 有利于增加传输容量。
April 18, 2017 • 34
EDFA也有固有的缺点： (1) 波长固定，只能放大1.55μm左右的光波，换用 不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变 化，可调节的波长有限，只能换用其他元素； (2) 增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特 殊的手段来进行增益谱补偿。
in
APC WDM
浦(后向泵浦)型： 输出信号功率高
APC
in
APC
WDM
out
LD1
EDF
LD2
in
APC
WDM1
WDM2
APC
out
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
April 18, 2017 • 17
多级泵浦
Er3+ Doped Fiber
dP n2 n2 k uk k g *k Pk z uk g *k m h k k uk k lk Pk z dz nt nt
在稳态情况下：
Pk z k h k n2 k n t 1 Pk z k g *k h k k
40
50
60
70
80
90
100
泵浦功率 mW
April 18, 2017 • 23
噪声系数NF（dB） 输入信噪比与输出信噪比的比值
SNRin NF (dB) 10log10 SNR out
8 噪声系数 dB Długość włókna m 7 6 5 4 3 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30 75 60
April 18, 2017 • 35
Er Doped Fiber Amplifier，EDFA
• 在 EDFA的应用中，需要解决两个问题。
– 增益的平坦化，增益平坦是指放大器的增益谱要平坦，对 需要放大的所有信道提供相同的增益。 – 增益的自动控制，当光纤中信道数由于故障等原因突然减 少时，光放大器的增益会突然增加，形成“浪涌”，使信 号强度突然提高，接收机码元判决时会出现错误。