光电技术实验-掺铒光纤放大器 .pdf

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

(ErDropedFiberAmplifier,EDFA)

掺铒光纤放大器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

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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

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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+WD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。

1EDFA

()勺工作原理

(Er)()681673EDFA

铒是一种稀土元素属于镧系元素，原子序数是，原子量为.。利

用了镧系元素的4f能级，图1是Er3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4|能带称为基态；4I能带称为亚稳态，在亚稳态上粒子的

15/2l3/2

平均寿命时间达到10ms。4|能带为

11/2

泵浦态，粒子在泵浦态上的平均寿命为1us。除图中标出的吸收带外，Er+3还有800nm等其

它吸收带。由于980nm和1480nm大功率半导体激光器已完全商用化，并且泵浦效率高于

其它波长，故得到了最广泛的应用。

掺铒光纤之所以能放大光信号的基本原理在于EF3吸收泵浦光的能量，由基态4|跃迁

15/2

至处于高能级的泵浦态。对于不同的泵浦波长，电子跃迁至不同的

1

能级，当用980nm波长的光泵浦时，如图1所示，Er+3从基态跃迁至泵浦态第佗,由于泵浦

态上载流子的寿命时间只有1us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（10mS），在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而实现了亚

稳态和基态间的粒子数反转分布。当有

1550nm的信号光通过已被激活的掺铒光纤时，在信号光的感应下，亚稳态上