EDFA性能参数的研究和测试

通信与信息技术公共实验中心光通信与光信息技术与系统实验平台实验指导手册(4)实验名称：光纤放大模块分析实验2005.6一、实验名称：光纤放大模块系统分析实验二。实验型：开放性3.实验时间：3小时四.科目：研究生五、实验的目的：了解和掌握光纤放大器的工作原理和构成光纤放大器所需的最基本的元件；了解光放大器的性能指标以及主要设计参数对性能的影响。六、实验内容：掌握软件使用方法(见附件)。通过建立光放大器模型并进行仿真分析，可以了解和掌握光放大器的工作原理和构成光放大器所需的最基本的元件，了解光放大器的性能指标和各种参数。实验设备：个人电脑，光学系统4.0八、实验原理：1.1的基本组成。EDFA系统使用铒离子作为增益介质的光纤放大器称为掺铒光纤放大器(EDFA)。在光纤制造过程中，这些铒离子被掺杂到纤芯中，泵浦光被用来直接放大光信号以提供光增益。它包括掺铒光纤和高功率泵浦源、用于信号和泵浦光复用的波分复用器(WDM)和用于输入和输出端的光隔离器，以防止光反馈和降低系统噪声。掺铒光纤放大器的结构随着不同的泵浦模式而变化。目前，主要有共泵、反向泵和双向泵模式。图4.1正向泵送系统框图2.EDFA的主要指标(1)。增益特性增益特性代表放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比。对EDFA来说，增益与许多因素有关，如光纤中掺铒浓度、泵浦功率、光纤长度、泵浦波长等。(2)。噪声系数由于放大器中产生的自发发射噪声，放大后的信噪比会降低。信噪比的恶化用噪声系数来表示。它被定义为输入信噪比与输出信噪比之比：(3)。放大器带宽放大器的放大倍数有一定的频率范围。在小信号的情况下，增益低于峰值小信号增益3dB的频率间隔定义为放大器的带宽。(4)。饱和输出增益当泵功率恒定时，随着信号功率接近饱和输入功率，放大系数将降低。定义为当放大器增益降至峰值增益的一半时，相应的输出功率称为饱和输出功率。九、实验步骤和结果：如图4.2所示构建系统，双击空白页，将全局变量模拟/序列长度更改为32，每位样本数更改为32，信号/迭代更改为6。将totalsweeperation设置为20。使用的设备有1.默认/发射器库/光源/连续激光2.默认/发射器库/光源/泵浦激光器3.默认/放大器库/光纤/EDFA/掺铒光纤4.默认/无源库/光/隔离器/隔离器双向5.默认/无源库/光/耦合器/泵浦耦合器双向6.默认/接收器库/光电探测器/光电探测器引脚7.默认/可视化库/光学/双端口WDM分析仪8.默认/可视化库/光学/光谱分析仪9.默认/工具库/光学延迟10.默认/工具库/光学空图4.2本实验中使用的基本设备参数的初始设置如下：片参数大小单位激光力量-20dBm频率1550纳米泵浦激光器力量100兆瓦掺铒光纤长度7m(1)EDFA增益谱连续波激光器的参数频率设置为扫描模式，从1520线性增加到1570。系统运行后，增益系数增益1和噪声系数1与信号频率的关系分别在本报告双端口WDM分析仪下的结果中得到。在增益-频率图和噪声系数-频率图中读出以下数据：峰值增益：_ _ _ _ _ _ _ _ 36 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ db；峰值增益波长：_ _ _ _ 1532 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ nm；3dB带宽：_ _nm(波长_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ nm至_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ nm)。)；3dB带宽内的噪声系数范围：_ _ _ _ _ _ _ dB至_ _ _ _ _ _ _ _ _ dB。(2)增益饱和特性当参数变为初始值(即连续激光频率参数设置为正常模式，1550纳米)后，连续激光的功率设置变为扫描模式，尺寸从-40分贝线性增加到-10分贝。系统运行后，增益系数增益1、噪声系数1和信号功率之间的关系在报告中的双端口WDM分析仪下的结果中得到。在增益-功率图中读出以下数据：放大器小信号增益：_ _ _ _ _ _ _ _ db放大器的3dB饱和信号输入功率：_ _ _ _ _ _ _ _ dBm当输入为- 40dBm时，计算信号输出功率：_ _ _ _ _ _ _ _ dBm当输入为3dB饱和信号输入功率时，计算信号输出功率：_ _ _ _ _ _ _ _ dBm比较后两个功率值，并分析它们的物理意义：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .(3)泵浦功率对增益的影响在参数被改变为初始值之后(即，连续波激光功率参数被设置为正常模式，- 20dBm)，泵浦激光参数功率被设置为扫描模式，从20mW线性增加到200mW。系统运行后，增益系数增益1、噪声系数1与泵功率之间的关系见报告。读出以下关于泵功率增益和泵功率噪声系数的数据：泵功率为20mW时的放大器增益：_ _ _ _ _ _ _ _ dB泵浦功率为200mW时的放大器增益：_ _ _ _ _ _ _ _ db泵功率为20mW时放大器的噪声系数：_ _ _ _ _ _ _ _ dB泵功率为200毫瓦时放大器的噪声系数：_ _ _ _ _ _ _ _分贝；比较后两种情况下放大器的噪声系数及其变化趋势：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .(4)饵料纤维长度对增重的影响当参数改变为初始值(即泵浦激光功率参数设置为正常模式，100毫瓦)后，掺铒光纤的参数长度设置为扫描模式，尺寸从1米线性增加到19米。系统运行后，分别得到增益系数Gain1和光纤长度的函数曲线。在EDF长度-增益图上读出以下数据：最大放大器增益：_ _ _ _ _ _ _ _ db最大放大器增益的掺铒光纤长度：_ _ _ _ _ _ _ _ m；描述增益随光纤长度的变化：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .十、实验试题1.分析光纤长度影响增益的原因和影响光纤最佳长度的因素2.不同泵浦功率对放大器特性影响的原因附件：使用光学系统软件的基本说明一、光学系统软件介绍OptiSystem是一个光通信系统仿真软件包，集成了设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接的功能，用于从远程通信系统到局域网和城域网。OptiSystem是一个基于实际光纤通信系统模型的系统级模拟器，它具有强大的模拟环境以及设备和系统的真实分层定义。它的性能可以通过一个附加的用户设备库和一个完整的界面来扩展，成为一系列广泛使用的工具。二。光学系统用户图形界面基本介绍图层描述层工程浏览器组件库状态栏菜单栏工具栏光学系统用户图形界面由以下部分组成1.布局：它是可以插入组件、修改参数和连接组件以构建系统的主要工作区域。2.包括组件库窗口、工程浏览器窗口和图层描述窗口。您可以通过菜单“文件/视图”选择是否在界面上显示。3.状态栏：显示工程计算过程信息、其他提示和帮助信息；4.菜单栏：每一级菜单都有一个下拉菜单，状态栏会提示具体的功能；5.工具栏：新建项目打开项目保存项目操作三。基本操作1.打开用法示例单击工具栏中的，或通过文件/打开打开光学系统安装目录/样本，选择要打开的样本。2.建立新项目单击工具栏中的或通过文件/新建来创建新项目。3.插入元素在“组件库”窗口中，双击进入选定的组件库，选择组件并将其拖到图层中。4.复制元素您可以按住Ctrl键，点按该组件，然后将堆叠在该组件上的重复组件移走。5.连接元件当组件放置在层中时，默认自动连接会自动将组件的输入端口连接到最近的其他组件的输出端口，并且输出端口也连接到最近的其他组件的输入端口。您可以通过单击图层操作工具栏中的自动连接按钮来打开或关闭自动连接功能。手动连接时，指针可以放在输出接口上。指针变为十字，表示可以连接。此时将出现端口信息。单击端口，将指针拖到要连接的端口，然后释放鼠标。注意：两个连接的端口必须具有相同的性质(电气或光学)，并且两个输入(或输出)端口不能连接。6.连接操作您可以单击选择一个连接，然后按“删除”将其删除。7.操作系统在文件菜单中选择计算，或单击按钮。在弹出的操作对话框中，从上到下，左侧有三个选项计算整个项目计算当前图层的所有扫描值计算电流点击运行按钮，计算完成后将出现在计算输出列。此时单击以关闭对话框，并双击每个观察器以观察模拟结果。四、参数操作1.图层全局参数操作双击主图层的空白部分，打开图层参数对话框，其中的参数对整个图层有效。2.组件参数操作双击该组件或右键单击该组件，然后从快捷菜单中选择“组件属性”，以显示“组件参数”对话框。如图所示，“显示”单选框确定参数值是否显示在工程图层的组件下。值、单位和模式分别改变参数值、单位和操作模式。模式下拉框包括三个选项：正常、扫描和脚本。选择正常，在值中输入或选择所需的单个值；选择扫描，此参数在扫描模式下运行。通过点击值中的按钮，在选择参数值的范围和分布后，系统可以在不同的参数值下运行多次。选择脚本，可以在值中输入脚本语言语句，实现参数的选择和控制。4.报告操作(绘制模拟结果B和元件参数A之间的函数曲线)1.更改参数A的设置在菜单栏中选择布局设置总扫描迭代，将出现一个对话框来设置总扫描时间。打开组件参数设置对话框，将参数A的方法改为扫描；2.设置由a获取的数据单击“值”中的图标以显示“参数扫描”对话框。您可以逐个输入数据，或者单击参数列(图中的电源dBm)选择所有数据，然后单击“扩展工具”中的按钮设置数据的变化趋势、开始和结束值。3.操作系统。4.在工程页面窗口中选择报告，然后单击工具栏中的图标以创建2D图形。5.在工程浏览器的组件参数中找到