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增益平坦型摻鉺光纖放大器
原理、工作模式和測量方法詳解
增益平坦型摻鉺光纖放大器(Gain-flattened-EDFA )是專用于光纖激光或光纖通信的光纖放大器產品系列，可以同時放大C、C++或L波段內的多個波長信號，且保持各波長間的增益一致。具有寬光譜、多波長、增益平坦，高增益以及低噪聲的優(yōu)點。
脈銳光電新升級的C波段增益平坦型EDFA可以同時對額定功率范圍內的多個信號波長進行放大，增益系數在10~25dB范圍內時，增益平坦度都符合1~1.5dB的平坦度，實現了真正意義上的增益平坦功能且增益連續(xù)可調！增益譜線如下圖所示:
在C波段的增益譜(10/15/20/25dB@-10dBm輸入)
對C波段的48個ITU波長信號的同時放大
下面分別介紹增益平坦型EDFA的工作原理、操作方式、核心參數測試方法以及脈銳光電產品詳細參數。
n 增益平坦EDFA工作原理
摻鉺光纖放大器的光路主要由增益介質（摻鉺光纖EDF）、泵浦源和其他光學器件三部分組成，通常采用980nm和1480nm兩種半導體激光器作為泵浦源。當信號光在光纖中傳輸時與摻鉺光纖中的鉺離子發(fā)生相互作用，鉺離子以受激輻射方式產生大量狀態(tài)與信號光一致的全同光子，從而實現信號光的放大。
典型EDFA光路結構及EDF增益譜線
然而，摻鉺光纖本身在C波段范圍內的增益并不平坦（如上圖），所以普通EDFA會出現不同通道波長之間明顯的增益差異，放大后輸出的光功率隨波長相差懸殊。在多波長信號放大或寬光譜信號的放大等應用場合，要求放大器的波長間增益盡可能一致，為了滿足這些應用從而提出了增益平坦型EDFA。增益平坦型EDFA（GF-EDFA）的工作原理是通過專門設計的增益平坦濾波器（GFF）在不同波長的透過率差異來補償摻鉺光纖中各波長間的增益差異，從而實現EDFA整體的增益譜平坦。
n 增益平坦EDFA的操作
脈銳光電的增益平坦型EDFA分為兩種形式：臺式產品和模塊產品。用戶可根據自身需求選擇具體產品形式以實現最佳效果。參考如下：
產品形式 | 控制和顯示方式 | 安裝 | 散熱 | 適用場合 |
臺式 | 按鍵+液晶屏； 也支持上位機軟件、串口通信命令； | 桌面使用，無需安裝 | 用戶不需考慮散熱， 內部自帶風冷 | 桌面實驗 |
模塊 | 上位機軟件、串口通信命令； | 用戶產品系統(tǒng)內部 | 用戶需考慮模塊散熱； 將模塊散熱面緊密貼合安裝在導熱良好的機箱內壁或散熱片； | 系統(tǒng)集成 |
脈銳光電新升級的帶有觸摸屏控制的臺式增益平坦EDFA產品前面板布局依次為輸入輸出光纖接口，可觸控的液晶屏，用于激活放大器輸出的圓形開關(Emission)及指示燈。屏幕左上角區(qū)域為狀態(tài)顯示區(qū)：顯示當前實時的輸入光功率Input Power、輸出光功率Output Power、泵浦激光器電流Pump Current、泵浦激光器溫度LD Temp；其他區(qū)域為控制和參數輸入區(qū)。
臺式產品
操作界面
n 工作模式
增益平坦型EDFA放大器默認地支持如下三種工作模式，每種模式的控制邏輯可參考后文描述：
l 自動功率控制模式（APC)
l 自動泵浦電流控制模式(ACC)
l 自動增益控制模式(AGC)
三種模式下監(jiān)測/控制的參數不同，效果如下表與示意圖所示。
EDFA 工作模式 | 用戶 設置的參數/范圍 | EDFA 監(jiān)測的參數 | EDFA 控制的參數 | 達到的 目的和效果 |
APC Mode (Auto Power Control) | 輸出功率/10-100% | 輸出功率 | 泵浦電流 | 輸出功率穩(wěn)定 |
ACC Mode (Auto Current Control) | 泵浦電流/0~100% | 泵浦電流 | 泵浦電流 | 泵浦電流穩(wěn)定 |
AGC Mode (Auto Gain Control) | 光功率增益/0-25dB | 輸入和輸出光功率，計算光功率增益 | 泵浦電流 | 增益穩(wěn)定 |
n 增益平坦型EDFA關鍵參數及測量方法
增益平坦型EDFA的主要參數指標有：增益平坦度、輸出光功率及穩(wěn)定性、增益調節(jié)范圍。下面對這些參數指標和測量方法分別簡要介紹。
1、增益平坦度
測量方法：EDFA的輸入、輸出光經過20dB衰減后接入光譜儀(為了不超過光譜儀的最大耐受光功率)，光譜儀掃描范圍1530~1565nm，如下圖所示，分別測量EDFA輸入光譜(A通道，藍線，縱坐標位于左側軸)，輸出光譜(B通道，紅線，縱坐標位于左側軸)，在對數坐標下相減得出增益譜曲線(C通道，綠線，縱坐標位于右側軸)，分析C通道曲線的峰峰值即得出該EDFA在1530~1565nm范圍內的增益平坦度。
2、輸出光功率及穩(wěn)定性
功率測量可以采用帶有光纖FC接口的光功率計，注意選擇合適的波長和功率范圍。
測量方法： 我們默認采用積分球光電二極管功率探頭Thorlabs S146C直接測量(波長響應范圍900 - 1650 nm，功率范圍10 µW - 20 W，功率分辨率10 nW )，并維持測量一段時間，對這段時間內的功率波動做統(tǒng)計分析。
以下是一臺增益平坦型摻鉺光纖放大器 (EDFA-C-BA-GF-23-SM-B，SN：20240719)在25℃環(huán)境下60分鐘內的功率穩(wěn)定性實測和功率波動的分析。橫坐標時間，縱坐標輸出光總功率，此圖描述輸出光總功率在測量時間段內的波動。
3、增益調節(jié)范圍
測量方法：EDFA設置為AGC模式，光譜儀掃描范圍1530~1565nm，測量EDFA輸入光譜(藍線，圖中所使用輸入光總功率-10dBm)存入A通道并保持通道鎖定，輸出光譜(紅線)，保存于光譜儀B通道，相減得出增益譜曲線(C通道，綠線，縱坐標位于右側軸)。調節(jié)EDFA的增益系數10~25dB，可以看見實測增益系數都可達到所設置值，且都可保持平坦。
n C波段增益平坦型光纖放大器產品指標
此部分列出脈銳光電C波段增益平坦型光纖放大器具體指標，達到較高水平。
光學指標 | 單位 | 典型值 | |||
型 號 |
| EDFA-C-PA-GF | EDFA-C-BA-GF | EDFA-C-LA-GF | |
波長范圍 | nm | 1530~1565nm | |||
輸入功率 | dBm | -45~-25 | -12~+3 | -25~+3 | |
最大輸出功率 | dBm | 14 | 17/20/23/25/26 | ||
調節(jié)范圍 | dB | 25 | 25 | 25 | |
噪聲指數 | dB | 5 | 5 | 5.5 | |
工作模式 | - | ACC/APC/AGC | |||
參數調節(jié)范圍 | - | ACC：0~100%；APC：10%~100%；AGC：0~25dB | |||
增益平坦度 | dB | ≤1.5（APC/AGC，10~25dB） | |||
輸入/輸出端隔離度 | dB | >35 | |||
光功率監(jiān)控 | - | 輸入和輸出光功率監(jiān)控 | |||
光纖和連接頭 | - | SMF-28 | PM1550 | ||
偏振相關增益 | dB | ≤0.3 | - | ||
偏振模色散 | ps | 0.5 | - | ||
偏振消光比 | dB | - | ≥23 | ||
n 型號信息
訂購信息/型號 | |||||
EDFA | 工作波長 | 放大器類型 | 增益或輸出功率 | 光纖類型 | 封裝形式 |
| C=C波段 | PA-GF=增益平坦型PA | 增益系數(dB) | SM=SMF-28 PM=PM1550 | B=臺式 M=模塊
|
25 | |||||
BA-GF=增益平坦型BA LA-GF=增益平坦型LA | 飽和輸出功率(dBm) | ||||
17/20/23/25/26 | |||||
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