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EDFA增益谱与噪声系数 OTDR原理与测试 实验测试 放大器噪声 掺铒光纤放大器结构及其增益 光放大器概述 光放大器的重要性 影响 光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 WDM 走向实用化 促进了光接入网的实用化 历史 以1989年诞生的掺铒光纤放大器 ErbiumDopedFiberAmplifier EDFA 为代表的全光放大技术是光纤通信史上的一次革命 动机 解决电中继器设备复杂 维护难 成本高的问题 光放大器的基本应用和类型 在线光放大 用于不需要光再生只需要简单放大的场合前置光放大 用于提高接收机的灵敏度功率放大 增加发送功率 从而增加光纤中继距离 补偿插入损耗和功率分配损耗 如PON中 放大器的类型 光放大器按原理不同大体上有三种类型 1 半导体激光放大器 其结构大体上与激光二极管 LaserDiode LD 相同 2 掺杂光纤放大器 就是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器 3 传输光纤放大器 其中有受激喇曼散射 StimulatedRamanScattering SRS 光纤放大器 受激布里渊散射 StimulatedBrilliouinScattering SBS 光纤放大器和利用四波混频效应 FWM 的光放大器等 OTDR原理与测试 实验测试 放大器噪声 掺铒光纤放大器结构及其增益 光放大器概述 EDFA特点 AllopticalandfibercompatibleWidebandwidth 20 70nmHighgain 20 40dBHighoutputpower 200mWBitrate modulationformat powerandwavelengthinsensitiveLowdistortionandlownoise NF 5dB 掺铒光纤放大机制 原理 把泵浦光能量转化为信号光能量工作范围 1300 1560nm 铒离子简化能级示意图 掺铒光纤工作原理 METASTABLESTATE FUNDAMENTALSTATE FUNDAMENTALSTATE EXCITEDSTATE EDFA结构 构成 掺铒光纤 一个或多个泵浦激光器 光隔离器 耦合器 输出功率最小 噪声性能好 较高的增益 噪声最大 EDFA的功率转换效率 输出能量不超过原有信号能量与注入的泵浦能量之和 功率转换效率 极限情况下泵浦光都用于放大信号光 那么此时 EDFA的输入 输出功率可以用能量守恒原则表示 EDFA的增益 随输入功率的变化 假设没有自发辐射 由能量守恒原则有 当输入功率非常大时 即Ps in lp ls Pp in 放大器增益是1 即对信号无放大 EDFA的增益 随增益介质长度变化 当泵浦光足够强时 长为L的EDFA最大增益为 其中 为稀土元素的浓度 e是信号发射截面 在一定的长度之后 由于泵浦没有足够能量在放大器的后部产生足够的粒子数反转 增益开始下降 在非泵浦区 吸收大于增益 0 L 同向泵浦 OTDR原理与测试 实验测试 放大器噪声 掺铒光纤放大器结构及其增益 光放大器概述 放大器噪声 放大器的主要噪声是自发辐射噪声 ASE 来源于放大器中介质中电子 空穴对的自发复合 自发复合导致了与光信号一起放大的光子宽谱背景 因此 光信号经过放大之后都需要做一个带通滤波 抑制ASE噪声功率 ASE噪声 信号光和ASE噪声一同输入到光检测器中进行检测 各种频率分量相互拍频 因此 在PD之后ASE带来的噪声包括 ASE噪声项 ASE与信号的拍频项它们落在检测器带宽内降低接收机的信噪比 EDFA噪声系数 当泵浦充分 且G 1时噪声系数达到极限3dB 放大器噪声指数和增益系数与掺铒光纤长度和泵浦程度的关系 1 泵浦程度越高 增益越大 噪声指数越小 2 沿光纤长度方向 光功率不断变化 噪声指数也在不断变化 精确计算只能采用分段模型 3 一般很难同时得到高增益 小噪声 高泵浦效率 背向ASE噪声会消耗泵浦光 OTDR原理与测试 实验测试 放大器噪声 掺铒光纤放大器结构及其增益 光放大器概述 EDFA的增益谱测试 按照上图所示建立好电路配置测试范围 1520 1580 2nm测一个数据 30组数据 OPM读数选择dBm单位先将波长调整到1530 增益峰值 调节ATT使OPM有读数 再开始测量由于ATT产生衰减 只需将EDFA撤去 读出OPM的读数 再将步骤2中记录的30个数据分别与其相减即为各波长下的增益值 将上述增益值在坐标纸上绘制出来 即为EDFA的增益谱 EDFA噪声系数测试 点击菜单项的application 调用EDFA的测试子程序 在1540 1560之间任选一个波长 启动光谱分析仪 调用光谱分析仪自带的放大器测试模块 操作步骤为 Appl s AmplifierTest Interpolation ISS Test 点击measurementsetup按钮进行测试前的设置 首先测试LD的输出光功率与噪声功率 按照图 a 连接测试系统 点击measuresource按钮 等待光谱分析仪扫描完毕 光谱仪自动将测得的信号光功率值 dBm 与测得的ASE噪声功率值 dBm 相减 即可得LD的光信噪比 OSNRa 随后进行EDFA输出光功率与噪声功率的测试 按照图 b 连接测试系统 点击measureamplifier按钮 等待光谱分析仪扫描完毕 光谱仪自动将EDFA的输出信号光功率值