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通信与信息技术公共实验中心 光通讯与光信息技术与系统实验平台
实验指导说明书
（四）
实验名称：光纤放大模块分析实验
2005.6
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一、实验名称：光纤放大模块系统分析实验 二、实验类型：开放性 四、实验对象：研究生 五、实验目的：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组成部分；了解光放大器的性能指标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）。通过构建光放大器模型并进行仿真分析，了解和掌握构成一个光放大器的工作原理和所需的最基本组成部分，了解光放大器的性能指标及各项参数。 七、实验设备：PC机, OptiSystem 4.0 三、实验学时：3学时 2 / 14'.
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八、实验原理： 1．EDFA系统的基本组成 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)。这些铒离子在光纤制作过程中被掺入纤芯中，使用泵浦光直接对光信号进行放大，提供光增益。它包括掺铒光纤和高功率泵浦源，作为信号和泵浦光复用的波分复用器（WDM），以及为了防止光反馈和减小系统噪声在输入和输出端使用的光隔离器。掺铒光纤放大器的结构因泵浦方式不同而不同，目前主要有同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦方式。 信号光输入WDM光隔离器泵浦源光隔离器信号光输出图4.1 正向泵浦系统框图 2．EDFA的主要指标 (1).增益特性 增益特性代表了放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比。对于EDFA，其增益大小与多种因素如光纤中的掺铒浓度、泵浦光功率、光纤长度、泵浦光的波长等因素有关。 (2).噪声系数 由于放大器中产生自发辐射噪声，使得放大后的信噪比下降。信噪比的劣化用噪声系数Fn表示。它定义为输入信噪比与输出信噪比之比: Fn?(SNR)in/(SNR)out (3).放大器带宽 放大器的放大作用有一定的频率范围。定义在小信号情况下，增益低于峰值小信号增益3dB的频率间隔为放大器的带宽。 (4).饱和输出增益 在泵浦功率一定的情况下，当信号功率接近饱和输入功率时，放大倍数会随着减小。定义当放大器增益减小为峰值增益的一半时，对应的输出功率就叫饱和输出功率。
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九、实验步骤与结果： 搭建如图4.2所示系统，双击空白页面，改变全局变量Simulation/Sequence length为32，Samples per bit为32，Signal/Iterations改为6。设置total sweep iteration为20。 所用器件为 1．Default/Transmitters Library/Optical Source/CW Laser 2．Default/Transmitters Library/Optical Source/Pump Laser 3．Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/Erbium Doped Fiber 4．Default/Passives Library/Optical/ Isolator/ Isolator Bidirectional 5．Default/Passives Library/Optical/ Couplers/ Pump Coupler Bidirectional 6．Default/Receivers Library/Photodetectors/Photodetector PIN 7．Default/Visualizers Library/Optical/Dual Port WDM Analyzer 8．Default/Visualizers Library/Optical/Optical Spectrum Analyzer 9．Default/Tools Library/Optical Delay 10. Default/Tools Library/Optical Null 图4.2 本实验需要用到的器件基本参数初始设置如下： 元 件 参数 大小 Power -20 激光器（CW Laser） Frequency 1550 泵浦激光器（Pump Laser） Power 100 掺铒光纤（Erbium Doped Fiber） Length 7 单位 dBm nm mW m 4 / 14'.
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(1)EDFA的增益频谱 将CW激光器（CW Laser）的参数Frequency设为Sweep模式，使其从1520到1570线性递增。运行系统后在Report里Dual Port WDM Analyzer下的result里分别得到增益系数Gain1和噪声系数Noise Figure1与信号频率Frequency的关系。 在Gain—Frequency图和Noise Figure—Frequency图上读出以下数据： 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 将参数改为初始值（即将CW激光器Frequency参数设为normal模式，1550nm）后，改变CW激光器的参数Power设置，选为sweep模式，大小从－40dBm到－10dBm线性递增。运行系统后在report里Dual Port WDM Analyzer下的result里得到增益系数Gain1和噪声系数Noise Figure1与信号功率Power的关系。 在Gain—Power图上读出以下数据： 放大器小信号增益：__________dB； 放大器3dB饱和的信号输入功率：__________dBm； 计算输入为－40dBm时的信号输出功率：__________dBm； 计算输入为3dB饱和信号输入功率时的信号输出功率：__________dBm； 比较后两个功率值并分析其物理意义： _____________________________________________________________________________________________________________________________。 (3).泵浦光功率对增益的影响 将参数改为初始值后（即将CW激光器Power参数设为normal模式，－20dBm），泵浦（Pump）激光器的参数Power设置为sweep模式，从20mW到200mW线性递增。运行系统后在report里得到增益系数Gain1和噪声系数Noise Figure1与泵浦功率Power的关系。在泵浦功率－增益和泵浦功率－噪声系数图上读出以下各5 / 14'.
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