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C+L波段EDFA摻鉺光纖放大器系統(tǒng)原理介紹

更新時(shí)間:2022-06-07      點(diǎn)擊次數(shù):3930

一、EDFA基本原理


1,摻鉺光纖

鉺是一種稀土元素,原子序數(shù)是68,原子量為167.3.鉺離子的電子能級(jí)如圖所示,由下能級(jí)向上能級(jí)的躍遷則對(duì)應(yīng)光的吸收過(guò)程。而由上能級(jí)向下能級(jí)的躍遷則對(duì)應(yīng)于光的發(fā)射過(guò)程:


2,EDFA原理


EDFA采用摻鉺離子光纖作為增益介質(zhì),在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。




鉺離子有三個(gè)能級(jí),在未受任何光激勵(lì)的情況下,處在zui低能級(jí)E1上,當(dāng)用泵浦光源的激光不斷激發(fā)光纖時(shí),處于基態(tài)的粒子獲得能量就會(huì)向高能級(jí)躍遷。如由E1躍遷至E3,由于粒子在E3 這個(gè)高能級(jí)上是不穩(wěn)定的,它將迅速以無(wú)輻she躍遷過(guò)程落到亞穩(wěn)態(tài)E2 上。在該能級(jí)上,相對(duì)來(lái)講粒子有較長(zhǎng)的存活壽命,此時(shí),由于泵浦光源不斷的激發(fā),則E2能級(jí)上的粒子數(shù)就不斷的增加,而E1能級(jí)上的粒子數(shù)就減少,這樣,在摻鉺光纖中實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,就具備了實(shí)現(xiàn)光放大的條件。




當(dāng)輸入信號(hào)光子能量E=hf正好等于E2和E1 的能級(jí)差時(shí),即E2-E1=hf,則亞穩(wěn)態(tài)上的粒子將以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)E1上,并輻射處和輸入信號(hào)中的光子一樣的全同光子,從而大大加大了光子數(shù)量,使得輸入光信號(hào)在摻鉺光纖中變?yōu)橐粋€(gè)強(qiáng)的輸出光信號(hào),實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)的直接放大。






二、系統(tǒng)示意圖及基本器件介紹



1,C、L波段光纖放大器系統(tǒng)示意圖如下:


2,摻鉺光纖自發(fā)輻射ASE光源系統(tǒng)示意圖如下:


器件介紹及產(chǎn)品連接

我們可以提供的方案產(chǎn)品包括:






產(chǎn)品基本參數(shù)產(chǎn)品連接


ER30-4/125摻鉺單模光纖(Liekki™)

  • 用于從1530到1610 nm波長(zhǎng)區(qū)域(C和L波段)

  • 吸收峰值:36dB/m@1532nm

  • 吸收峰值:1532nm1(Max.[1530–1535 nm]) 30±3dB/m

  • 截至波長(zhǎng):890±90nm

  • 模場(chǎng)直徑:1550 nm 6.5 ± 0.5μm

  • 數(shù)值孔徑:0.2

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=129


980nm泵浦激光器

  • 中心波長(zhǎng):976nm

  • 譜寬:0.8nm

  • 輸出功率:800mW

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=84


1600nmDFB 種子源

  • 中心波長(zhǎng):1600nm

  • 輸出功率:20 mW

  • 線寬:<2MHz

  • SMF-28E, FC/APC

http://ld-pd.com/?a=cp3&id=279


1550nm隔離器

  • 中心波長(zhǎng):1550nm

  • 隔離度:≥46 dB雙級(jí)@25℃

  • 插損:<0.6dB

  • 操作功率:10W

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=366


980nm/1550nm WDM

  • 工作帶寬:±20nm

  • 插入損耗:≤0.5

  • 隔離度>16dB,1米長(zhǎng)尾纖,900um松套管,SMF-28E光纖,FC/PC接頭

http://www.microphotons。。cn/?a=cp3&id=110


1550nm光纖耦合器

  • 工作波段:1260-1620nm,1x2

  • 分光比:10:90,1米長(zhǎng)尾纖

  • 900um松套管,SMF-28E光纖,FC/APC接頭,模塊式封裝,操作功率10W

http://www.microphotons。。cn/?a=cpinfo&id=915


1550nm DFB 種子源

  • 中心波長(zhǎng):1550nm

  • 輸出功率:30 mW

  • 線寬:<2MHz

  • SMF-28E, FC/APC

http://ld-pd.com/?a=cp3&id=245






三、系統(tǒng)搭建及結(jié)果分析


1,系統(tǒng)搭建


我們采用1550nm和1600nmDFB 激光器作為種子源,980nm激光器作為泵浦源。摻鉺光纖長(zhǎng)度為8.8米。種子源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)1550nm光纖隔離器之后,與980nm泵浦光通過(guò)980nm/1550nm WDM,進(jìn)入到摻鉺光纖,輸出的光經(jīng)過(guò)1550nm光纖耦合器分光,一部分進(jìn)入到功率計(jì)中檢測(cè)功率,一部分進(jìn)入光譜儀看對(duì)應(yīng)的光譜形狀。



980nm泵浦激光器電流-功率曲線




C波段光纖放大器,1550nm DFB種子源


L波段光纖放大器,1600nm DFB 種子源16.08mW下的放大功率曲線


2,放大光譜對(duì)比


種子源電流120mA,泵浦電流800mA


種子源功率16.08mW,泵浦功率375mW


3,摻鉺光纖的ASE光譜


4,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)在摻鉺光纖上出現(xiàn)了綠色的熒光

解釋?zhuān)哼@是因?yàn)樵诩ぐl(fā)態(tài),有的粒子沒(méi)有落到亞穩(wěn)態(tài),而是還吸收泵浦光的能量,上升到更高的能級(jí),然后粒子直接落到基態(tài),輻射出514nm左右的綠光,也就是我看到的熒光現(xiàn)象。

通過(guò)搭建光纖放大器系統(tǒng),我們基本達(dá)到了預(yù)期的效果,后續(xù)我們還會(huì)繼續(xù)改進(jìn)我們的系統(tǒng),以達(dá)到更好的效果。