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C+L波段EDFA掺铒光纤放大器系统原理介绍

发布时间:2021-12-15      点击次数:872

一、EDFA基本原理


1,掺铒光纤

铒是一种稀土元素,原子序数是68,原子量为167.3.铒离子的电子能级如图所示,由下能级向上能级的跃迁则对应光的吸收过程。而由上能级向下能级的跃迁则对应于光的发射过程:


2,EDFA原理


EDFA采用掺铒离子光纤作为增益介质,在泵浦光作用下产生粒子数反转,在信号光诱导下实现受激辐射放大。




铒离子有三个能级,在未受任何光激励的情况下,处在zui低能级E1上,当用泵浦光源的激光不断激发光纤时,处于基态的粒子获得能量就会向高能级跃迁。如由E1跃迁至E3,由于粒子在E3 这个高能级上是不稳定的,它将迅速以无辐she跃迁过程落到亚稳态E2 上。在该能级上,相对来讲粒子有较长的存活寿命,此时,由于泵浦光源不断的激发,则E2能级上的粒子数就不断的增加,而E1能级上的粒子数就减少,这样,在掺铒光纤中实现了粒子数反转分布,就具备了实现光放大的条件。




当输入信号光子能量E=hf正好等于E2和E1 的能级差时,即E2-E1=hf,则亚稳态上的粒子将以受激辐射的形式跃迁到基态E1上,并辐射处和输入信号中的光子一样的全同光子,从而大大加大了光子数量,使得输入光信号在掺铒光纤中变为一个强的输出光信号,实现了对光信号的直接放大。






二、系统示意图及基本器件介绍



1,C、L波段光纤放大器系统示意图如下:


2,掺铒光纤自发辐射ASE光源系统示意图如下:


器件介绍及产品连接

我们可以提供的方案产品包括:






产品基本参数产品连接


ER30-4/125掺鉺单模光纤(Liekki™)

  • 用于从1530到1610 nm波长区域(C和L波段)

  • 吸收峰值:36dB/m@1532nm

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

  • 截至波长:890±90nm

  • 模场直径:1550 nm 6.5 ± 0.5μm

  • 数值孔径:0.2

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


980nm泵浦激光器

  • 中心波长:976nm

  • 谱宽:0.8nm

  • 输出功率:800mW

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


1600nmDFB 种子源

  • 中心波长:1600nm

  • 输出功率:20 mW

  • 线宽:<2MHz

  • SMF-28E, FC/APC

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


1550nm隔离器

  • 中心波长:1550nm

  • 隔离度:≥46 dB双级@25℃

  • 插损:<0.6dB

  • 操作功率:10W

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


980nm/1550nm WDM

  • 工作带宽:±20nm

  • 插入损耗:≤0.5

  • 隔离度>16dB,1米长尾纤,900um松套管,SMF-28E光纤,FC/PC接头

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


1550nm光纤耦合器

  • 工作波段:1260-1620nm,1x2

  • 分光比:10:90,1米长尾纤

  • 900um松套管,SMF-28E光纤,FC/APC接头,模块式封装,操作功率10W

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


1550nm DFB 种子源

  • 中心波长:1550nm

  • 输出功率:30 mW

  • 线宽:<2MHz

  • SMF-28E, FC/APC

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






三、系统搭建及结果分析


1,系统搭建


我们采用1550nm和1600nmDFB 激光器作为种子源,980nm激光器作为泵浦源。掺铒光纤长度为8.8米。种子源发出的光经过1550nm光纤隔离器之后,与980nm泵浦光通过980nm/1550nm WDM,进入到掺铒光纤,输出的光经过1550nm光纤耦合器分光,一部分进入到功率计中检测功率,一部分进入光谱仪看对应的光谱形状。



980nm泵浦激光器电流-功率曲线




C波段光纤放大器,1550nm DFB种子源


L波段光纤放大器,1600nm DFB 种子源16.08mW下的放大功率曲线


2,放大光谱对比


种子源电流120mA,泵浦电流800mA


种子源功率16.08mW,泵浦功率375mW


3,掺铒光纤的ASE光谱


4,实验过程中,我们发现在掺铒光纤上出现了绿色的荧光

解释:这是因为在激发态,有的粒子没有落到亚稳态,而是还吸收泵浦光的能量,上升到更高的能级,然后粒子直接落到基态,辐射出514nm左右的绿光,也就是我看到的荧光现象。

通过搭建光纤放大器系统,我们基本达到了预期的效果,后续我们还会继续改进我们的系统,以达到更好的效果。