掺铒光纤放大器的特点

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光纤通信技术课程设计

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精品文档 掺铒光纤放大器(EDFA Erbium-Doped Fiber

Amplifier)的设计

0 概述

光线通信中采用光纤来传输光信号，一般它会受到两个方面的限制：损耗和色散。

就损耗而言，目前光纤的典型值在1.3um 波段为0.35dB/km ，在1.55um 波段为0.20dB/km ，由于光纤损耗的限制，所以在无中继传输距离一般为50—100km 。20世纪80年代末期，波长为1.55um 的摻铒光纤放大器（EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier ）的研制成功并投入使用，打破了光纤通信传输距离受光纤色散和损耗的制约，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了革命性变化，把光纤通信技术推向一个新的高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。

1 摻铒光纤放大器的工作原理

铒是一种稀土元素，原子序数三68，原子量为167.3。铒的自由离子具有不连续的

能级，当Er 3+被结合到硅光纤时，它们的每个能级被分裂为许多紧密相关的能级---能带。而能带的作用是，第一：使EDFA 对光信号的放大不只是单个波长而是一组波长的能力，即在一段波长范围内的光波长都可以得到放大；第二：避免

实验七 掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试

一、实验目的

1.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；

2.了解掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能。 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-Doped Fiber Amplifier，EDF

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-Doped Fiber Amp

电子科技大学

硕士学位论文

光纤拉曼放大器（FRA）研究

姓名：崔炳华

申请学位级别：硕士

专业：光学工程

指导教师：邱琪

2003.3.1

电子科技大学硕士论文

摘要

Ｉ光纤拉曼放大器因其特有的在线、宽带、低噪声等特点而越来越被人们关注ｊ是一种非常适合下一代超大容量、超长距离ＤＷＤＭ系统的光放大器，尤其是在海底跨样光纤通信、超长距离光纤通信以及开发整个光纤低损耗窗口等方面有着不可替代的优势矗本文对光纤拉曼放大器的研究包括以下内容：

，

第～设计拉曼耦合方程组的计算机数值求解方法（不考虑噪声），并在ＭＡＴＬＡＢ下编程实现。本文通过基于光纤分段思想的数值求解方法，解决了单波长、多波长前向泵浦ＦＲＡ耦合方程组的数值求解问题。ｋ然后在光纤分段思想的基础上，用普通打靶法实现了单波长后向泵浦泵浦这一边值问题的数值求解。最后，对于最难求解的多波长后向泵浦ＦＲＡ问题，本文提出了多维并行打靶思想，ＭＡＴＬＡＢ下数值仿真证明，该多维并行打靶法非常适合求解拉曼耦合方程这类高度非线性的问题，打靶过程收敛速度较快（八波长泵浦时只需打靶６次就可以使打靶偏差小于１０’８）。ｆ

第二设计新型的遗传算法，结合前面提到的多维并行打靶法来优化多波长后向泵浦ＦＲＡ各个泵浦光的波长、功率值，以得到更好的增益

电子科技大学

硕士学位论文

光纤拉曼放大器（FRA）研究

姓名：崔炳华

申请学位级别：硕士

专业：光学工程

指导教师：邱琪

2003.3.1

电子科技大学硕士论文

摘要

Ｉ光纤拉曼放大器因其特有的在线、宽带、低噪声等特点而越来越被人们关注ｊ是一种非常适合下一代超大容量、超长距离ＤＷＤＭ系统的光放大器，尤其是在海底跨样光纤通信、超长距离光纤通信以及开发整个光纤低损耗窗口等方面有着不可替代的优势矗本文对光纤拉曼放大器的研究包括以下内容：

，

第～设计拉曼耦合方程组的计算机数值求解方法（不考虑噪声），并在ＭＡＴＬＡＢ下编程实现。本文通过基于光纤分段思想的数值求解方法，解决了单波长、多波长前向泵浦ＦＲＡ耦合方程组的数值求解问题。ｋ然后在光纤分段思想的基础上，用普通打靶法实现了单波长后向泵浦泵浦这一边值问题的数值求解。最后，对于最难求解的多波长后向泵浦ＦＲＡ问题，本文提出了多维并行打靶思想，ＭＡＴＬＡＢ下数值仿真证明，该多维并行打靶法非常适合求解拉曼耦合方程这类高度非线性的问题，打靶过程收敛速度较快（八波长泵浦时只需打靶６次就可以使打靶偏差小于１０’８）。ｆ

第二设计新型的遗传算法，结合前面提到的多维并行打靶法来优化多波长后向泵浦ＦＲＡ各个泵浦光的波长、功率值，以得到更好的增益

1. 差分放大器的结构、特点及作用 特点：

差分信号作为输出可以增大最大输出压摆。

差分工作模式，能很好抑制环境噪声（如电源噪声），即所谓的共模抑制。虽然这是以电路面积为代价的，但对于在单端模式时采用其它的方法来抑制环境噪声的干扰的电路面积而言还是较小的。 差分电路还具有偏置电路简单和线性度高等优点。

VDDR1Vo1Vi1AM1R2BM2Vo2Vi2Vi1Vo1ISM1AR1M2BR2Vi2Vo2VDDIS结构： 应用：

2. 基本差分对中的尾电流源的作用

为差分对提供一个电流源IS，以使差分对具有固定的尾电流，从而产生独立于输入共模信号Vic的电流ID1+ID2。

在共模输入时差分对管的工作电流ID1=ID2= IS/2，并且保持恒定； 同理，其共模输出电平也保持恒定，且其值为VDD-RIS/2（R为负载等效电阻）。 解决了由于差分对管在共模输入时的工作电流变化引起非线性及输出信号失真等。

3. 各类差分放大器的增益（共模增益、差模增益）、输入输出共模电平范围、

线性增益区的范围（对所给电路图分析计算）

(Vo1?Vo2)(2Vi1)??gmR 双端输入双端输出时的差模电压增益 双端输入单端输出差模电压增益

在理想情况

锁相放大器实验

锁相放大器实验（Lock-in amplifier）,简称LIA。它是一个以相关器为核心的检测微弱信号仪器，它能在强噪声情况下检测微弱正弦的幅度和相位。学习本实验的目的是使同学了解锁相放大器的基本组成,掌握锁相放大器的正确使用方法。

一、锁相放大器的基本组成

结构框图如图1所示。它有四个主要部分组成:信号通道、参考通道、相关器（即相关检测器）和直流放大器。

x(t) 前放 滤波 放大 乘法 低通 自流放大器 U0 r(t) 放大 移相 方波 图1 锁相放大器的基本结构框架

1. 信号通道

信号通道包括:低噪音前置放大器、带通滤波器及可变增益交流放大器。

前置放大器用于对微弱信号的放大，主要指标是低噪音及一定的增益（100～1000倍）。 可变增益放大器是信号放大的主要部件，它必须有很宽的增益调节范围，以适应不同的信号的需要。例如，当输入信号幅度为10nV，而输出电表的满刻度为10V时，则仪器

93

总增益为10V/10nV =10若直流放大器增益为10倍，前置放增益为10，则交流放大器的

5

增益达10。

带通滤波器是任何一个锁相放大器中必须设置的部件，它的作用是对混在信号中的噪音进行滤波，尽量排除带外噪音。这样不仅可以避免

实验2 仪器放大器和差动放大器

13223529 电信132

一．实验目的

（1）熟悉仪器放大器及其工作原理。 （2）熟悉差动放大器及其工作原理。

（3）掌握OPA2111、INA106的使用方法和应用电路。 （4）学会自动校零的方法，并会应用。

（5）熟悉小信号放大器的性能和特点，并会应用。 二．实验内容 1.电路设计与仿真

参照图11-2-5设计自动校零仪器放大器，图11-2-6设计高精度差动放大器，用Proteus 软件（或Multisim软件）对以上两个电路进行仿真，并记录仿真结果。 2．自动校零

当开关S1打在2、开关S2打在4时，完成自动校零功能，即零输入时，实现零输出。用数字万用表测量输出电压Uo，并记录数值。

图2-1

3．仪器放大器-1

当开关S1打在1、开关S2打在3时，完成小信号放大功能。 （1）用信号发生器在输入端Ui输入正弦信号，

频率为300Hz，电压（峰峰值）为50mV。用数字示波器观察输出端Uo的波形，并记录输出电压数值，计算放大倍数。

图2-2

输出电压=2.5V,放大倍数=

掺铒光纤激光器的工作原理

郭冰清 刘昭 韩达明 张红伟

（天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072）

摘要 光纤激光器由于其特有的优点，近些年受到广泛关注和研究，而掺铒光纤激光器（EDFL）则是几种比较成熟的光纤激光器之一。本文主要介绍了掺铒光纤激光器的工作原理，包括掺铒光纤激光器铒离子能级结构、泵浦机制和增益谱线，以及五种常见的谐振腔型，并对可调谐掺铒光纤激光器和多波长掺铒光纤激光器的工作原理进行了简单介绍。之后简述掺铒光纤激光器的特点，比较了掺铒光纤激光器与其他激光器的优势所在，并在此基础上详述了掺铒光纤激光器在光纤通信及光纤传感方面的应用及问题。最后对掺铒光纤激光器的发展进行了展望。

关键词 激光器；工作原理和应用；掺铒光纤激光器；谐振腔 中图分类号 TN248 文献标识码 A

The Working Principle of Doped Fiber Laser

GUO Bing-qing, LIU Zhao, HAN Da-ming, ZHANG Hong-wei

(College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室： 机电学院 电子实验楼402室 2013年 12 月 13 日

学院 机械与电气年级、专12级、电气自工程学院 业、班 动化、电气121 姓名 陈海兵 学号 1207300045 实验课程名称 模拟电子技术实验 成绩 实验项目名称 由集成运算放大器组成的波形放大器 指导老师 陈虹 一、实验目的 1、 学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。 2、 学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。 二、实验原理 由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。 1、 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器） 图11－1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。 电路的振荡频率 :fO