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,处在最低能级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,它将迅速以无辐射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:
产品 | 基本参数 | 产品连接 |
ER30-4/125掺鉺单模光纤(Liekki™) |
| http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=129 |
| http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=84 | |
1600nmDFB 种子源 |
| http://ld-pd.com/?a=cp3&id=279 |
1550nm隔离器 |
| http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=366 |
980nm/1550nm WDM |
| http://www.microphotons.cn/?a=cp3&id=110 |
1550nm光纤耦合器 |
| http://www.microphotons.cn/?a=cpinfo&id=915 |
1550nm DFB 种子源 |
|
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。
2,实验结果
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。
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