光电综合设计报告学号：姓名：一、课题6：1、课题要求及技术指标①课题名称：EDFA设计②课题任务：采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦，双向泵浦三类。③技术指标：可选泵浦光源波长为980nm和1480nm；泵浦光源的功率在10～20dBm，测试输入信号功率为－20dBm。④课题要求：1．在上述条件下要求EDFA噪声指数小于4.5dB。2．在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB（两者不要求同时满足）。3．需要分别比较三种结构下的EDFA的以下特性，并根据比较结果优化设计：（1）掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；（2）泵浦光源波长（可选择980nm和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；4．给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10个，参数应具有合理性和可行性。2、课题分析及设计思路①课题分析：铒纤长度在4～15m之间取值。仿真模型中，掺铒光纤选用Default/AmplifiersLibrary/Optical/EDFA/ErbiumDopedFiber；泵浦光源选用Default/TransmittersLibrary/OpticalSources/PumpLaser；泵浦光耦合器采用Default/WDMMultiplexersLibrary/Multiplexers/IdealMux。②设计思路：结构图，参考图如下：EDFA设计参考反向泵浦．同向的合波器前，而光纤CWLaser根据下述实验原理，可知同向EDFAPumpLaser位于与PumpLaser。输出端则不设置。同理，双向EDFA就是两侧均放置了EDFA③实验原理：掺铒光纤放大器的结构和工作原理、EDFA1。泵浦源EDF）给出了双向图1EDFA的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（）的作用是将泵浦WDMEDF作为有源介质，提供反转粒子；波分复用器（用来提供能量；中，对它的要求是能将信号有效地混合而损耗最小；光隔EDF光和信号光混合，然后送入的影响，保证系统稳定工作；滤波器的作用是滤）的作用是防止反射光对EDFA离器（ISO中，它还起到增益平坦EDFA），在两级宽带SNR除EDFA的噪声，提高系统的信噪比（。实际上基态能级、亚稳所示）EDFA的作用。的泵浦过程需要使用三能级系统（如图2.3）和热效应的影响，形成了一个近似联Splitting态能级和泵浦能级受斯托克斯分裂（Stock的放大效应具有一定波EDFA由于亚稳态能级和基态能级具有一定的宽度，因此系的能带。离子抽运到长范围。在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子在亚稳态Er3+激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于当信号光子通过掺铒光因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。能级上寿命较长，离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的+纤时，与处于亚稳态的Er3离子处于亚光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3+的噪EDFAASE），它造成稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射（双向泵浦结构示意图。EDFA为1声。图双向泵浦结构1图种。3常见的泵浦方式有同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦在EDFA的光路结构设计中，这些泵浦方式各有其特点：前向泵浦由于在输入端有高的粒子数反转而具有比较低的噪声；因此反向泵浦具有较高的泵浦效率和增益。而由于背景损耗小，输出端具有高的粒子数反转，种原因在于33种泵浦方式的小信号增益基本相同，NF也相差不大，当EDF长度较短时，双向泵浦方式的EDF长度增加时，泵浦方式都已使整个光纤的Er3+离子发生完全反转；当）则表现增益最高，反向泵浦方式的增益次之，同向泵浦方式的增益最低。噪声系数（NF介于最大，双向泵浦方式的NFNF最小，反向泵浦方式的NF不同，其中同向泵浦方式的EDFA长度范围内，二者之间。泵浦光功率、泵浦方式与增益、噪声的关系：在给定的EDF随泵浦功率增加而减小，但是，当泵浦功率增加到NF的增益随泵浦功率的增加而增大，其NF是实验得到的泵浦功率与小信号增益、NF也趋于定值。图2一定值后，增益趋于饱和，离子已经基本Er3+EDF中基态能级的的关系。这是因为，当泵浦功率增加到一定程度时，上被激励到上能级，继续增加泵浦功率对粒子数反转贡献不大，所以增益趋于饱和。2泵浦功率与小信号增益，噪声系数之间的关系图在光纤通信...