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生相互作用，鉺離子以受激輻射方式產生大量狀態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：

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。屏幕左上角區域為狀態顯示區：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；其他區域為控制和參數輸入區。

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)

三種模式下監測/控制的參數不同，效果如下表與示意圖所示。

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、輸出光功率及穩定性、增益調節范圍。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℃環境下60分鐘內的功率穩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。

n                      型號信息