增益平坦型掺铒光纤放大器原理、工作模式和测量方法详解

增益平坦型掺铒光纤放大器

原理、工作模式和测量方法详解

增益平坦型掺铒光纤放大器(Gain-flattened-EDFA )是专用于光纤激光或光纤通信的光纤放大器产品系列，可以同时放大C、C++或L波段内的多个波长信号，且保持各波长间的增益一致。具有宽光谱、多波长、增益平坦，高增益以及低噪声的优点。

脉锐光电新升级的C波段增益平坦型EDFA可以同时对额定功率范围内的多个信号波长进行放大，增益系数在10~25dB范围内时，增益平坦度都符合1~1.5dB的平坦度，实现了真正意义上的增益平坦功能且增益连续可调！增益谱线如下图所示:

在C波段的增益谱(10/15/20/25dB@-10dBm输入)

对C波段的48个ITU波长信号的同时放大

下面分别介绍增益平坦型EDFA的工作原理、操作方式、核心参数测试方法以及脉锐光电产品详细参数。

n                      增益平坦EDFA工作原理

掺铒光纤放大器的光路主要由增益介质（掺铒光纤EDF）、泵浦源和其他光学器件三部分组成，通常采用980nm和1480nm两种半导体激光器作为泵浦源。当信号光在光纤中传输时与掺铒光纤中的铒离子发生相互作用，铒离子以受激辐射方式产生大量状态与信号光一致的全同光子，从而实现信号光的放大。

典型EDFA光路结构及EDF增益谱线

然而，掺铒光纤本身在C波段范围内的增益并不平坦（如上图），所以普通EDFA会出现不同通道波长之间明显的增益差异，放大后输出的光功率随波长相差悬殊。在多波长信号放大或宽光谱信号的放大等应用场合，要求放大器的波长间增益尽可能一致，为了满足这些应用从而提出了增益平坦型EDFA。增益平坦型EDFA（GF-EDFA）的工作原理是通过专门设计的增益平坦滤波器（GFF）在不同波长的透过率差异来补偿掺铒光纤中各波长间的增益差异，从而实现EDFA整体的增益谱平坦。

n                      增益平坦EDFA的操作

脉锐光电的增益平坦型EDFA分为两种形式：台式产品和模块产品。用户可根据自身需求选择具体产品形式以实现最佳效果。参考如下：

脉锐光电新升级的带有触摸屏控制的台式增益平坦EDFA产品前面板布局依次为输入输出光纤接口，可触控的液晶屏，用于激活放大器输出的圆形开关(Emission)及指示灯。屏幕左上角区域为状态显示区：显示当前实时的输入光功率Input Power、输出光功率Output Power、泵浦激光器电流Pump Current、泵浦激光器温度LD Temp；其他区域为控制和参数输入区。

台式产品

操作界面

n                      工作模式

增益平坦型EDFA放大器默认地支持如下三种工作模式，每种模式的控制逻辑可参考后文描述：

l       自动功率控制模式（APC)

l       自动泵浦电流控制模式(ACC)

l       自动增益控制模式(AGC)

三种模式下监测/控制的参数不同，效果如下表与示意图所示。

n                      增益平坦型EDFA关键参数及测量方法

增益平坦型EDFA的主要参数指标有：增益平坦度、输出光功率及稳定性、增益调节范围。下面对这些参数指标和测量方法分别简要介绍。

1、增益平坦度

测量方法：EDFA的输入、输出光经过20dB衰减后接入光谱仪(为了不超过光谱仪的最大耐受光功率)，光谱仪扫描范围1530~1565nm，如下图所示，分别测量EDFA输入光谱(A通道，蓝线，纵坐标位于左侧轴)，输出光谱(B通道，红线，纵坐标位于左侧轴)，在对数坐标下相减得出增益谱曲线(C通道，绿线，纵坐标位于右侧轴)，分析C通道曲线的峰峰值即得出该EDFA在1530~1565nm范围内的增益平坦度。

2、输出光功率及稳定性

功率测量可以采用带有光纤FC接口的光功率计，注意选择合适的波长和功率范围。

测量方法： 我们默认采用积分球光电二极管功率探头Thorlabs S146C直接测量(波长响应范围900 - 1650 nm，功率范围10 µW - 20 W，功率分辨率10 nW )，并维持测量一段时间，对这段时间内的功率波动做统计分析。

以下是一台增益平坦型掺铒光纤放大器 (EDFA-C-BA-GF-23-SM-B，SN：20240719)在25℃环境下60分钟内的功率稳定性实测和功率波动的分析。横坐标时间，纵坐标输出光总功率，此图描述输出光总功率在测量时间段内的波动。

3、增益调节范围

测量方法：EDFA设置为AGC模式，光谱仪扫描范围1530~1565nm，测量EDFA输入光谱(蓝线，图中所使用输入光总功率-10dBm)存入A通道并保持通道锁定，输出光谱(红线)，保存于光谱仪B通道，相减得出增益谱曲线(C通道，绿线，纵坐标位于右侧轴)。调节EDFA的增益系数10~25dB，可以看见实测增益系数都可达到所设置值，且都可保持平坦。

n                      C波段增益平坦型光纤放大器产品指标

此部分列出脉锐光电C波段增益平坦型光纤放大器具体指标，达到较高水平。

n                      型号信息