中国现代教育装备
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掺铒光纤放大器教学实验系统设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2023-4-25 9:29:58
  [导读]掺铒光纤放大器(EDFA)是光纤通信系统中的重要部件。为了解决EDFA原理较为复杂、学生难以理解的问题,设计了一套完整的实验系统。实验系统包括实验设备、连接方式、操作过程以及结果分析方法,并将关键可调器件外接,使学生能够更好地理解不同的实验条件和参数对EDFA放大效果的影响。学生通过自行搭建实验系统来测量数据,并绘制出EDFA的增益曲线和噪声系数曲线,在教学实践中取得了良好的效果。

  随着第五代移动通信系统的全面铺设和物联网技术的飞速发展,网络速度和容量实现了跨越式的提升。通信网络的爆炸式增长对基站与数据中心、通信设备之间的连接质量提出了更高的要求。光纤通信由于其传输距离远、传输容量大、抗干扰性强、便于铺设等优点在通信系统中占据了主导地位。尽管光纤制作工艺的提升使得光纤衰耗已经逼近理论极限值,但远距离光纤通信仍不可避免地会产生衰减。掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier,EDFA)具有优异的放大性能和实时在线、高带宽、低噪声等特点,并可与调制器等器件组合实现功能的扩展[1],克服了衰减对光传输网络(OTN)传输速率与距离的限制,使超长距离波分复用、全光传输、光孤子传输等成为现实[2]。

  本文针对EDFA教学实验中存在的问题设计了一套完整的实验系统,从EDFA的简化原理入手,围绕EDFA的各个性能参数对实验步骤进行设计,并通过调整关键参数和实验系统的组合方式从多方面加强学生对于EDFA的理解。

  1 实验原理

  2 实验系统设计与实现

  3 实验结果与分析

  4 结语

  实验系统从EDFA的原理出发,简洁明了地向学生展示泵浦光源、信号光、自发辐射三者之间的关系,使学生由以往实验中的连接—测量—计算转变为调整—观察—思考,从微观到宏观全面地理解EDFA的原理、作用和意义,提高对光纤通信原理课程的认知水平。

  EDFA发展迅速,目前,宽光谱EDFA[13]、多波长EDFA[14]、长距离双向EDFA[15]等方向在光纤通信领域有广阔的应用前景。理解和掌握EDFA原理以及使用方法对学生今后在专业领域的研究和发展具有重要的作用。实践表明,实验系统搭配EDFA原理部分的简要讲解,可以使学生深入理解实验原理和仪器操作逻辑,教学效果得到明显提升。

  参考文献

  [1] 肖永川,王超,张浩,等.光放大器对光载微波信号传输效率的改善[J].中国光学,2020,13(5):995-1000.

  [2] 李现勤.光放大器现状及未来发展[J].光通信技术,2002(4):6-9.

  [3] 王丽,何士雅,周劲峰,等.掺铒光纤放大器的应用实验系统设计及研究[J].实验技术与管理,2005,22(3):26-27.

  [4] 刘岚岚,杨伟,吴重庆,等.任意波形脉冲泵浦下掺铒光纤的自发辐射[J].光子学报,2014,43(12):103-109.

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  [6] 刘杨,尚盈,王晨,等.放大器自发辐射噪声对分布式声波监测系统的影响(英文)[J].红外与激光工程,2018,47(S1):90-93.

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  [11] 李永倩,张淑娥.“光纤通信原理”课程实验教学内容研究[J].中国电力教育,2010(6):129-130.

  [12] 张淑娥,李永倩,杨再旺.“光纤通信原理”精品课程实验建设探究[J].实验技术与管理,2010,27(5):165-166,169.

  [13] 姜昊琦,赵栋,陈永超,等.一种表征EDFA放大宽谱光源的噪声估测方法[J].红外与激光工程,2019,48(7):231-235.

  [14] 张博,张恩涛,胡小川,等.多波长掺铒光纤激光放大器的放大特性研究[J].激光技术,2018,42(3):325-330.

  [15] 臧琦,邓雪,刘杰,等.用于长距离光学频率传递链路的双向掺铒光纤放大器的优化设计[J].光学学报,2017,37(3):197-204.

赵丽娟1,2,3 魏迎健1 徐志钮1

1.华北电力大学电气与电子工程学院
2.华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室
3.华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室


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