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实验十二掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试

一、实验目的

1.了解掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理、基本结构及相关特性；

2.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；

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-DopedFiberAmplifier，

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（Powerbooster-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，而中放两者兼顾。

1．掺铒光纤放大器的工作原理

3+3＋

Er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吸收

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泵浦光的能量，由基态I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

15/2

＋34

不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，如图15-1所示，Er从基态跃迁至泵浦态I。

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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:AmplifiedSpontaneousEnission）会消耗泵浦光并引入噪声。

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