CN108133650B - C+l波段的edfa教学开发实验箱 - Google Patents

C+l波段的edfa教学开发实验箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种C+L波段的EDFA教学开发实验箱。本发明包括C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块和控制模块；控制模块通过RS232接口数据线控制C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块；本发明工作时存在多种工作模式，C波段的EDFA包括前向泵浦的C波段EDFA连接方式、后向泵浦的C波段EDFA连接方式和双向泵浦的C波段EDFA连接方式；L波段的EDFA包括前向泵浦的L波段EDFA连接方式、后向泵浦的L波段EDFA连接方式和双向泵浦的L波段EDFA连接方式。本发明其结构简单、成本低，而且操作方便，便于掌握，适合用于开展EDFA相关课程的教学实验用，能让学生自己动手进行各种实验；同时，也适合作研究之用。

Description

C+L波段的EDFA教学开发实验箱
技术领域
本发明涉及教学和科研设备领域，具体涉及一种C+L波段的EDFA教学开发实验箱。本发明主要应用于光通信实验教学测试与研究。同时，也可以根据特殊的需求，增加或删除某些功能单元，视具体教学情况，进行灵活配置。
背景技术
EDFA(Erbiur Doped Fiber Amplifer)是光纤放大器中具有代表性的一种，是DWDM(密集型光波复用：Dense Wavelength Division Multiplexing)系统及未来高速系统、全光网络不可缺少的重要器件。它的作用是对经过长距离光纤传输后产生损耗的微弱光信号进行无中继放大，延长光通信传输距离和传输容量。其研发和应用，对光纤通信的发展有着重要的意义。
现有的本科教学实验用的EDFA存在一些不足之处，①仅工作在C波段，中心波长为1550nm；②实验用的大部分EDFA都是封装好的，实验过程中学生观察不到实验现象，只能从感性上认识EDFA，并不能很好的理解 EDFA的内部结构和放大机理；③放大器的泵浦激光器的泵浦方式固定；④教学实验过程中不能直观测量EDFA中G、NF和非线性效应特性与构成EDFA 的结构参数的变化关系因此，为了更好的满足本科教学实验和科研的需求，研制了一种C+L波段的EDFA本科教学实验箱。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种C+L波段的EDFA本科教学实验箱。本发明其结构简单、成本低，而且操作方便，便于掌握，适合用于开展EDFA相关课程的教学实验用，能让学生自己动手进行各种实验；同时，也适合作研究之用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
C+L波段的EDFA教学开发实验箱，包括C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块和控制模块。
C波段EDFA放大模块包括泵浦激光器、3dB光耦合器、光隔离器、C 波段WDM复用器和、C波段掺铒光纤和可调光衰减器。
L波段EDFA放大模块包括泵浦激光器、3dB光耦合器、光隔离器、L 波段WDM复用器和、L波段掺铒光纤和可调光衰减器。
液晶显示模块包括液晶显示屏、开关按钮、LD功率设定按钮和LD温度设定按钮。
本发明工作有多种工作模式，C波段的EDFA包括前向泵浦的C波段 EDFA连接方式、后向泵浦的C波段EDFA连接方式和双向泵浦的C波段EDFA 连接方式；L波段的EDFA包括前向泵浦的L波段EDFA连接方式、后向泵浦的L波段EDFA连接方式和双向泵浦的L波段EDFA连接方式，具体的：
前向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器一端通过光纤连接，光隔离器另一端与C波段WDM复用器的a端口相连接，待放大的输入信号接C波段WDM复用器的b端口，C波段WDM复用器的c端口与 C波段掺铒光纤的一端连接，C波段掺铒光纤的另一端与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
后向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器一端通过光纤连接，光隔离器另一端与C波段WDM复用器的f端口，待放大的输入信号与C波段掺铒光纤的一端连接，C波段掺铒光纤的另一端连接C波段 WDM复用器的d端口，C波段WDM复用器的e端口与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
双向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器一端通过光纤连接，光隔离器的另一端与光耦合器的g端口连接，光耦合器的i端口与C波段WDM复用器的a端口连接，光耦合器的h端口与C波段WDM复用器的f端口连接，待放大的输入信号与C波段WDM复用器的b端口连接， C波段WDM复用器的c端口C波段掺铒光纤的一端连接，C波段掺铒光纤的另一端连接C波段WDM复用器的d端口，C波段WDM复用器的e端口与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
前向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器的一端通过光纤连接，光隔离器的另一端与L波段WDM复用器的j端口相连接，待放大的输入信号接L波段WDM复用器的k端口，L波段WDM复用器的l端口与L波段掺铒光纤的一端连接，L波段掺铒光纤的另一端与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
后向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器的一端通过光纤连接，光隔离器的另一端与L波段WDM复用器的n端口相连接，待放大的输入信号与L波段掺铒光纤的一端连接，L波段掺铒光纤的另一端连接L波段WDM复用器的m端口，L波段WDM复用器的o端口与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
双向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器和光隔离器一端通过光纤连接，光隔离器的另一端与光耦合器的g端口连接，光耦合器的i端口与L波段WDM复用器的j端口连接，光耦合器的h端口与L波段WDM复用器的n端口连接，待放大的输入信号与L波段WDM复用器的k端口连接， L波段WDM复用器的l端口L波段掺铒光纤的一端连接，L波段掺铒光纤的另一端连接L波段WDM复用器的m端口，L波段WDM复用器的o端口与可调谐衰减器一端连接，可调谐衰减器的另一端作为整个放大器的输出。
控制模块通过RS232接口数据线控制C波段EDFA放大模块、L波段 EDFA放大模块、液晶面板显示模块；具体的控制模块中的功率控制电路和温度控制电路用于控制C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块中的泵浦激光器，同时实时控制液晶面板显示模块中液晶显示屏上的显示。
优选地，所述泵浦激光器采用980nm的功率可调谐激光器。
优选地，C波段掺铒光纤采用5m、10m和15m，便于实验测试和分析 EDF的长度对EDFA增益的变化特性。
优选地，L波段的掺铒光纤采用8m、10m和25m，便于实验测试和分析 EDF长度对EDFA增益特性的变化。
优选地，C波段和L波段均采用两个WDM光复用器，便于设计前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦的连接方式。
优选地，利用硬件电路设计了液晶显示板，便于硬件操作设置LD的温度和功率。
优选地，利用Labview设计了显示和控制软件，可以利用软件方法设置LD的温度和驱动电流，还可以实时观测EDFA的输出特性，如增益G曲线和噪声系数NF曲线。
本发明有益效果如下：
本发明具有多波长模式、多泵浦方式、多参数变化模式和多实验模式：其中多波长模式能够实现对C波段和L波段的输入光信号进行放大；多泵浦方式能够同时设计三种EDFA的泵浦方式，前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦；
多参数变化模式能够选择不同长度的EDF进行实验，也可以调节LD的驱动电流来改变泵浦激光器的输出光功率，从而得到不同参数组合下的增益G和噪声系数NF；多实验模式能够开展多个实验，如不同泵浦方式的 EDFA的特性曲线测试实验、不同EDF长度的特性曲线测试实验、EDFA的 NF曲线测试实验等；且实验箱所有元器件置于一个箱子里，液晶显示模块固定，其余光无源器件平铺在箱子里，便于学生直观观察教学演示和学生动手操作实验。
附图说明
图1为C+L波段的EDFA的教学开发实验箱的结构示意图。
图2为C波段EDFA的连接示意图。
图3为L波段EDFA的连接示意图。
图4为C波段三种不同泵浦方式ASE光谱(泵浦功率为300mA)。
图5为L波段三种不同泵浦方式ASE光谱(泵浦功率为300mA)。
图6为C波段，EDF长度为15米时，前向、后向和双向三种不同泵浦方式下的G和NF曲线(信号功率为10dbm波长为1550nm)：。
图7为L波段(1570-1610nm)三种泵浦方式的G和NF曲线(EDF长度分别为5m和10m，信号功率为10dBm，泵浦功率为300mA)。
图8(a)-图8(c)为温度控制电路部分电路；
图9(a)-图9(c)为温度控制电路部分电路；
图10(a)-图10(j)为功率控制电路；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，图1为C+L波段的EDFA的教学开发实验箱的结构示意图，C+L波段的EDFA教学开发实验箱，包括C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块和控制模块。
C波段EDFA放大模块包括泵浦激光器(1)、3dB光耦合器(2)、光隔离器(3)、C波段WDM复用器(4-1)和(4-2)、C波段掺铒光纤(5)和可调光衰减器(14)。
L波段EDFA放大模块包括泵浦激光器(1)、3dB光耦合器(2)、光隔离器(3)、L波段WDM复用器(6-1)和(6-2)、L波段掺铒光纤(7)和可调光衰减器(14)。
液晶显示模块包括液晶显示屏、开关按钮(8)、LD功率设定按钮(9) 和LD温度设定按钮(10)。
本发明工作有多种工作模式，C波段的EDFA包括前向泵浦的C波段 EDFA连接方式、后向泵浦的C波段EDFA连接方式和双向泵浦的C波段EDFA 连接方式；L波段的EDFA包括前向泵浦的L波段EDFA连接方式、后向泵浦的L波段EDFA连接方式和双向泵浦的L波段EDFA连接方式，具体的：
前向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 一端通过光纤连接，光隔离器(3)另一端与C波段WDM复用器(4-1)的 a端口相连接，待放大的输入信号接C波段WDM复用器(4-1)的b端口， C波段WDM复用器(4-1)的c端口与C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C 波段掺铒光纤(5)的另一端与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出。
后向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 一端通过光纤连接，光隔离器(3)另一端与C波段WDM复用器(4-2)的 f端口，待放大的输入信号与C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C波段掺铒光纤(5)的另一端连接C波段WDM复用器(4-2)的d端口，C波段WDM 复用器(4-2)的e端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器 (14)的另一端作为整个放大器的输出。
双向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与光耦合器(2)的g端口连接，光耦合器(2)的i端口与C波段WDM复用器(4-1)的a端口连接，光耦合器(2)的h端口与C波段WDM复用器(4-2)的f端口连接，待放大的输入信号与C波段WDM复用器(4-1)的b端口连接，C波段WDM复用器(4-1)的c端口C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C波段掺铒光纤(5) 的另一端连接C波段WDM复用器(4-2)的d端口，C波段WDM复用器(4-2) 的e端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出。
前向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 的一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与L波段WDM复用器(6-1) 的j端口相连接，待放大的输入信号接L波段WDM复用器(6-1)的k端口，L波段WDM复用器(6-1)的l端口与L波段掺铒光纤(7)的一端连接，L波段掺铒光纤(7)的另一端与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出。
后向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 的一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与L波段WDM复用器(6-2) 的n端口相连接，待放大的输入信号与L波段掺铒光纤(7)的一端连接， L波段掺铒光纤(7)的另一端连接L波段WDM复用器(6-2)的m端口，L 波段WDM复用器(6-2)的o端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出。
双向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3) 一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与光耦合器(2)的g端口连接，光耦合器(2)的i端口与L波段WDM复用器(6-1)的j端口连接，光耦合器(2)的h端口与L波段WDM复用器(6-2)的n端口连接，待放大的输入信号与L波段WDM复用器(6-1)的k端口连接，L波段WDM复用器(6-1)的l端口L波段掺铒光纤(7)的一端连接，L波段掺铒光纤(7) 的另一端连接L波段WDM复用器(6-2)的m端口，L波段WDM复用器(6-2) 的o端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出。
控制模块通过RS232接口数据线，控制C波段EDFA放大模块、L波段 EDFA放大模块、液晶面板显示模块；具体的控制模块中的功率控制电路 (11)和温度控制电路(12)用于控制C波段EDFA放大模块、L波段EDFA 放大模块中的泵浦激光器(1)，同时实时控制液晶面板显示模块中液晶显示屏上的显示。
控制模块包括温度控制电路和功率控制电路；具体的：
如图8(a)-图8(c)，图9(a)-图9(c)所示，温度控制电路包括17个电阻、17个电容、3个放大器和4个芯片；具体的：电阻R11的一端接电源输入端V+端，另一端同时与电解电容C5的正极、电阻R19的一端、电阻R2的一端、稳压芯片U2的输入端(3管脚)相连接；电解电容C5的负极同时与电解电容C3的负极、电阻R4的一端相连接同时接地；电阻R19的另一端与电解电容C3的正极相连接；电阻R2的另一端同时与稳压芯片U2的输出端(2管脚)、电阻R3的一端、电解电容C7的正极、电解电容C15的正极相连接同时接地；电阻R4的另一端与电阻R3的另一端相连接并同时与稳压芯片U2的比较端口(1管脚)相连接，电解电容 C7的负极、电解电容C15的负极均接地；
电阻R12的一端接电源输入端V-端，另一端同时与电解电容C6的负极、电阻R20的一端、电阻R5的一端、稳压芯片U3的输入端(3管脚) 相连接；电解电容C6的正极同时与电解电容C4的正极、电阻R7的一端相连接同时接地；电阻R20的另一端与电解电容C4的负极相连接；电阻 R5的另一端同时与稳压芯片U3的输出端(2管脚)、电阻R6的一端、电解电容C8的负极、电解电容C16的负极相连接同时接地；电阻R7的另一端与电阻R6的另一端相连接并同时与稳压芯片U3的比较端口(1管脚) 相连接，电解电容C8的正极、电解电容C16的正极均接地；
稳压芯片U4的输入端(2管脚)与电容C9的一端相连接同时外接电源输入端V+端，电容C9的另一端与电解电容C10的负极、稳压芯片U4的接地端(4管脚)相连接同时接地；电解电容C10的正极与稳压芯片U4的比较端口(3管脚)相连接；稳压芯片U4的输出端口(6管脚)与电容C11 的一端连接同时外接5V电源，电容C11的另一端接地。
稳压芯片U1的输入端(1管脚)与电解电容C1的正极相连接同时外接电源输入端V+端，电解电容C1的负极与电解电容C2的负极、电解电容 C19的负极、稳压芯片U1的接地端(4管脚)相连接同时接地；电解电容 C2的正极、电解电容C19的正极与稳压芯片U1的输出端(3管脚)相连接同时外接电源VCC端，电源VCC端通过电阻R1与电源输入端V+端相连接。
电阻R25的一端外接5V电源，另一端同时与电阻R26的一端、放大器B的一个电源输入端口相连接；电阻R26的另一端外接-5V电源，同时与放大器B的电源输出端口、电阻R28的一端相连接；放大器B的另一个电源输入端口接地，放大器B的其余两个端口分别接电源输入端V+端和 V-端；电阻R28的另一端同时与电容C12的一端、电阻R27的一端、放大器C的一个电源输入端口相连接；电容C12的另一端、电阻R27的另一端与放大器C的电源输出端口相连接；放大器C的另一个电源输入端口接地，放大器C的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；
电阻R30的一端外接5V电源，电阻R30的另一端同时与电容C13的一端、电阻R29的一端、放大器D的一个电源输入端口相连接；电容C13 的另一端、电阻R29的另一端与放大器D的电源输出端口相连接；放大器 D的另一个电源输入端口接地，放大器D的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电容C17一端和电容C18的一端分别接电源输入端V+端和V-端；电容C17和电容C18的另一端均接地。
所述的稳压芯片U1、稳压芯片U2、稳压芯片U3和稳压芯片U4的型号分别问L78M05、LM317T、LM337T和MAX6250ESA。
如图10(a)-图10(j)所示，功率控制电路包括66个电阻、27个电容、17个放大器、15个二极管和1个芯片；具体的：
电阻R73的一端同时与电阻R72和R77一端、放大器B1的负输入端相连接；电阻R74的一端同时与电阻R70和R71一端、放大器B1的正输入端相连接；电阻R73和R74的另一端接地；电阻R72的另一端同时与电阻R75的一端、电阻R76的一端、放大器A1的负输入端相连接，电阻R77 另一端同时与电阻R76的另一端、放大器B1的电源输出端口相连接；电阻R70和R71另一端均与放大器A1的正输入端相连接；放大器A1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；放大器B1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电阻R75的另一端同时与放大器A1的电源输出端口、放大器C1的正输入端、开关CP-S1的一端相连接；放大器C1的负输入端与电阻R102的一端、放大器C1的电源输出端口相连接，放大器 C1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；开关CP-S1的另一端同时与电阻R78的一端、开关CC-S1的一端相连接，开关CC-S1的另一端与电阻R79的一端、放大器B2的电源输出端口、电阻R80的一端相连接；电阻R79的另一端与电容C24的一端相连接，电容C24的另一端同时与电阻R78的另一端、放大器B2的负输入端相连接；
二极管D18的正极姐激光器，负极与三极管Q20的基极相连接，三极管Q20的集电极与电解电容C39的正极、三极管Q21的集电极相连接，同时外接电源输入端V+端；三极管Q20的发射极同时与电解电容C39的负极、电阻R129的一端、三极管Q21的基极相连接；电阻R129的另一端外接电源输入端V-端；三极管Q21的发射极与电阻R121的一端相连接，电阻R121的另一端与二极管D15的正极相连接，二极管D15的负极同时与二极管D14的正极、电阻R118的一端、电阻R117的一端、电容C34的一端、放大器D1的负输入端相连接；二极管D14的负极、电阻R118的另一端、电容C34的另一端同时与放大器D1的电源输出端口相连接，同时与电阻R119的一端相连接；放大器D1的正输入端接地；放大器D1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电阻R117的另一端与电阻R115 的一端、放大器C2的电源输出端口相连接，电阻R115的另一端同时与电阻R114的一端、电阻R116的一端、放大器C2的负输入端相连接；放大器C2的正输入端接地；电阻R116的另一端与电容C33的一端、可变电阻P2的滑动端相连接，电容C33的另一端与可变电阻P2的一个电阻端相连接并接地，可变电阻P2的另一个电阻端外接5V电源；放大器C2的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；
电阻R119的另一端同时与放大器B2的正输入端、开关CP-S1的一端、开关CC-S1的一端相连接；其中开关CP-S1的另一端与电容C31的一端相连接，电容C31的另一端接地；开关CC-S1的另一端与MOS管Q11的漏极相连接，MOS管Q11的栅极同时与芯片U6(型号为ULN2003AD)的13号管脚、电阻R68的一端相连接，电阻R68的另一端接VCC电源，MOS管Q11 的源极接地；芯片U6的10号管脚与电阻R69的一端相连接，电阻R69的另一端接VCC电源；芯片U6的4号管脚与电阻R67的一端相连接，电阻 R67的另一端与电阻R66的一端相连接，且同时外接功能电路；电阻R66 的另一端接VCC电源；
电阻R80的另一端同时与电阻R81的一端、二极管D9的正极、二极管D8的负极、二极管D7的负极、电容C37的一端、二极管D16的正极、芯片U12的负输入端、MOS管Q12的漏极相连接；MOS管Q12的栅极外接功能电路、源极接地；电阻R81的另一端同时与电容C25的一端、放大器 A2的正输入端相连接，电容C25的另一端接地；放大器A2的负输入端同时与放大器A2的电源输出端、开关AG-S2的一端、二极管D9的负极、二极管D8的正极、电阻R82的一端相连接；电阻R82的另一端同时与电阻 R83的一端、放大器A3的负输入端相连接，放大器A3的正输入端与二极管D7的正极相连接，并同时接地；电阻R83的另一端同时与放大器A3的电源输出端、开关CG-S2的一端相连接，开关CG-S2的另一端、开关AG-S2 的另一端与电阻R84的一端相连接；电阻R84的另一端同时与电阻R108 的一端、放大器B3的负输入端、电容C27的一端、二极管D11的正极、二极管D10的负极相连接；电阻R108的另一端同时与放大器C3的电源输出端、电阻R107的一端、放大器D3的正输入端相连接，电阻R107的另一端同时与放大器C3的负输入端、电阻R105的一端相连接；电阻R105 的另一端同时与放大器D2的电源输出端、放大器D2的负输入端相连接，放大器D2的正输入端外接低电平；放大器C3的正输入端同时与电阻R104 的一端、电阻R106的一端相连接，电阻R104的另一端外接高电平，电阻 R106的另一端通过可变电阻P9接地；放大器D3的负输入端同时与电阻 R109的一端、放大器D3的电源输出端相连接，同时外接功能电路；电阻 R109的另一端外接功能电路；
二极管D10的正极接开关S3一端、二极管D11的负极接开关S4一端；开关S3另一端、开关S4另一端、电容C27的另一端、电阻R86的一端、电阻R85的一端接放大器B3的电源输出端；放大器B3的正输入端接地；电阻R86的另一端接三极管Q16的基极、电阻R85的另一端接三极管Q13的基极；三极管Q16的发射极、三极管Q13的发射极和电阻R93的一端相连后通过电阻R94接地；电阻R93的另一端、三极管Q18的集电极、三极管 Q15的集电极接电阻R97的一端；电阻R97的另一端接电阻R98的一端；电阻R98的另一端和电阻R100一端相连后通过电容C29接地；电阻R100 另一端接继电器REL1的常闭触点；电阻R127的一端和二极管D17的正极相连后继电器REL1的一个线圈端；二极管D17的负极、电阻R128的一端、继电器REL1的另一个线圈端相连后接mos管Q19的漏极；继电器REL1的常开触点接地；mos管Q19的栅极接芯片U6的1号管脚；mos管Q19的源极接地；电阻R128的另一端接发光二极管LED1的负极；电阻R127的另一端、发光二极管LED1的正极接电源输入端V+端；
三极管Q13的集电极和电阻R87的一端相连后接三极管Q15的基极；三极管Q15的发射极接电阻R88的一端；电阻R87的另一端、电阻R88的另一端、电解电容C43的正极、电容C44的一端、电阻R140的一端相连后接三极管Q25的集电极；电解电容C43的负极、电容C44的另一端接地；电阻R137的一端、电阻R14的一端、电容C41的一端、电解电容C40的正极相连后接三极管Q25的发射极；电阻R14的另一端通过电阻R11接地；电容C41的另一端、电解电容C40的负极接地；三极管Q25的基极和电阻 R137的另一端相连后接三极管Q23的集电极；三极管Q23的发射极通过电阻R138接地；电阻R140的另一端、二极管D19的正极、电容C42的一端、电阻R141的一端相连后接放大器A4的负输入端；二极管D19负极和二极管D20负极相连；二极管D20正极、电容C42另一端、三极管Q23基极相连后接放大器A4的电源输出端；电阻R133的一端和电阻R134的一端相连后接放大器A4的正输入端；电阻R141的另一端、电阻R134的另一端接地；电阻R133另一端接输入电源+5V端；
三极管Q16的集电极和电阻R90的一端相连后接三极管Q18的基极；电阻R91的一端接三极管Q18的发射极；电阻R90的另一端、电阻R91的另一端、电阻R145的一端、电解电容C48的负极、电容C49的一端相连后接三极管Q28的集电极；电阻R142的一端、电阻R16的一端、电解电容C45的负极、电容C46的一端接三极管Q18的发射极；电解电容C48的正极、电容C49的另一端、电解电容C45的正极极、电容C46的另一端接地；电阻R16的另一端通过电阻R12接输入电源的-Vin端；电阻R142的另一端和三极管Q28的基极相连后接三极管三极管Q26的集电极；三极管Q26 的发射极通过电阻R143接地；电阻R145的另一端、电阻R146的一端、电容C47的一端、二极管D21的正极相连后接放大器B4的负输入端；二极管D21的负极与二极管D22的负极相连；二极管D22的正极、C47的另一端、三极管Q26的基极相连后接放大器B4的电源输出端；电阻R135的一端和电阻R136的一端相连后接放大器B4的正输入端；电阻R146的另一端、电阻R136的另一端接地；电阻R135的另一端接输入电源的-5V端；
芯片U12正输入端、放大器A5的负输入端、放大器A5的电源输出端、电阻R113的一端、电阻R111的一端相连后通过电容C36接地；可变电阻P1的滑动端和电容C35的一端相连后接放大器A5的正输入端；可变电阻P1的一个电阻端接输入电压的+5V端；可变电阻P1的另一个电阻端和电容C35的另一端相连后接地；电阻R113的另一端、电阻R111的另一端接显示板；电容C37的另一端、二极管D16的负极、电阻R122的一端相连后接芯片U12的电源输出端；芯片U12的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电阻R122的另一端和电阻R123的一端相连后接放大器E1的负输入端；电阻R123的另一端接地；放大器E1的电源输出端接芯片U6的2号管脚；电阻R124的一端、电阻R125的一端和放大器E1的正输入端相连后接放大器E2的正输入端；电阻R124的另一端接输入电源的+5v端；电阻R125的另一端接地；电阻R131的一端和电阻R130的一端相连后接放大器E2的负输入端；电阻R130另一端接三极管Q22的发射极；三极管Q22的集电极接输入电源的+5v端、基极接芯片U6的一号管脚；电阻R131的另一端接输入电源的+5v端；(放大器E2的电源输出端接)放大器E2的其余两个接口分别接输入电源的VCC5端和地；
电容C61两端分别接输入电源的VCC5端和地；电容C51、C53、C55、 C57、C59并联后接输入电源的V+端和地；电容C52、C54、C56、C58、C60 并联后接输入电源的V+端和地。
所述的温度控制电路和功率控制电路也可以用现有的电路替代。
本发明具体工作时：
通过启动液晶面板显示模块上的开关按钮来打开了泵浦激光器和 EDFA的工作电源，然后通过按下LD功率设定按钮(9)设置当前泵浦激光器(1)的辐射功率，按下LD温度设定按钮(10)显示当前泵浦激光器(1) 的工作温度。
通过建立C+L波段的EDFA教学开发实验箱，实现了C波段和L波段的不同泵浦方式、不同EDF长度的实验测试；这些实验测试，使学生对EDFA 的工作原理有了更深刻的理解和认识。
本发明建立了完整具体的C+L波段EDFA的教学实验，包括4个实验，依次为：C波段不同泵浦方式下EDFA的特性测试、C波段不同EDF长度的 EDFA特性测试、L波段不同泵浦方式下EDFA的特性测试、L波段不同EDF 长度的EDFA特性测试。通过这些实验达到了：让学生掌握EDFA的结构、工作原理和泵浦方式，掌握EDFA在光纤通信系统中的使用，对有能力的学生还可以在此实验箱上进行二次开发。

Claims (5)

1.C+L波段的EDFA教学开发实验箱，其特征在于包括C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块和控制模块；
控制模块通过RS232接口数据线控制C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块、液晶面板显示模块；具体的控制模块中的功率控制电路(11)和温度控制电路(12)用于控制C波段EDFA放大模块、L波段EDFA放大模块中的泵浦激光器(1)，同时实时控制液晶面板显示模块中液晶显示屏上的显示；
C波段EDFA放大模块包括泵浦激光器(1)、3dB光耦合器(2)、光隔离器(3)、C波段第一WDM复用器(4-1)和C波段第二WDM复用器(4-2)、C波段掺铒光纤(5)和可调光衰减器(14)；
L波段EDFA放大模块包括泵浦激光器(1)、3dB光耦合器(2)、光隔离器(3)、L波段第一WDM复用器(6-1)和L波段第二WDM复用器(6-2)、L波段掺铒光纤(7)和可调光衰减器(14)；
液晶显示模块包括液晶显示屏、开关按钮(8)、LD功率设定按钮(9)和LD温度设定按钮(10)；
该EDFA教学开发实验箱工作时存在多种工作模式，C波段的EDFA包括前向泵浦的C波段EDFA连接方式、后向泵浦的C波段EDFA连接方式和双向泵浦的C波段EDFA连接方式；L波段的EDFA包括前向泵浦的L波段EDFA连接方式、后向泵浦的L波段EDFA连接方式和双向泵浦的L波段EDFA连接方式，具体的：
前向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)一端通过光纤连接，光隔离器(3)另一端与C波段第一WDM复用器(4-1)的a端口相连接，待放大的输入信号接C波段第一WDM复用器(4-1)的b端口，C波段第一WDM复用器(4-1)的c端口与C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C波段掺铒光纤(5)的另一端与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
后向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)一端通过光纤连接，光隔离器(3)另一端与C波段第二WDM复用器(4-2)的f端口，待放大的输入信号与C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C波段掺铒光纤(5)的另一端连接C波段第二WDM复用器(4-2)的d端口，C波段第二WDM复用器(4-2)的e端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
双向泵浦的C波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与光耦合器(2)的g端口连接，光耦合器(2)的i端口与C波段第一WDM复用器(4-1)的a端口连接，光耦合器(2)的h端口与C波段第二WDM复用器(4-2)的f端口连接，待放大的输入信号与C波段第一WDM复用器(4-1)的b端口连接，C波段第一WDM复用器(4-1)的c端口与C波段掺铒光纤(5)的一端连接，C波段掺铒光纤(5)的另一端连接C波段第二WDM复用器(4-2)的d端口，C波段第二WDM复用器(4-2)的e端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
前向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)的一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与L波段第一WDM复用器(6-1)的j端口相连接，待放大的输入信号接L波段第一WDM复用器(6-1)的k端口，L波段第一WDM复用器(6-1)的l端口与L波段掺铒光纤(7)的一端连接，L波段掺铒光纤(7)的另一端与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
后向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)的一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与L波段第二WDM复用器(6-2)的n端口相连接，待放大的输入信号与L波段掺铒光纤(7)的一端连接，L波段掺铒光纤(7)的另一端连接L波段第二WDM复用器(6-2)的m端口，L波段第二WDM复用器(6-2)的o端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
双向泵浦的L波段EDFA连接方式，泵浦激光器(1)和光隔离器(3)一端通过光纤连接，光隔离器(3)的另一端与光耦合器(2)的g端口连接，光耦合器(2)的i端口与L波段第一WDM复用器(6-1)的j端口连接，光耦合器(2)的h端口与L波段第二WDM复用器(6-2)的n端口连接，待放大的输入信号与L波段第一WDM复用器(6-1)的k端口连接，L波段第一WDM复用器(6-1)的l端口与L波段掺铒光纤(7)的一端连接，L波段掺铒光纤(7)的另一端连接L波段第二WDM复用器(6-2)的m端口，L波段第二WDM复用器(6-2)的o端口与可调谐衰减器(14)一端连接，可调谐衰减器(14)的另一端作为整个放大器的输出；
所述的温度控制电路包括17个电阻、17个电容、3个放大器和4个芯片；具体的：电阻R11的一端接电源输入端Vin端，另一端同时与电解电容C5的正极、电阻R19的一端、电阻R2的一端、稳压芯片U2的输入端相连接；电解电容C5的负极同时与电解电容C3的负极、电阻R4的一端相连接同时接地；电阻R19的另一端与电解电容C3的正极相连接；电阻R2的另一端同时与稳压芯片U2的输出端、电阻R3的一端、电解电容C7的正极、电解电容C15的正极相连接同时接V+端；电阻R4的另一端与电阻R3的另一端相连接并同时与稳压芯片U2的比较端口相连接，电解电容C7的负极、电解电容C15的负极均接地；
电阻R12的一端接电源输入端-Vin端，另一端同时与电解电容C6的负极、电阻R20的一端、电阻R5的一端、稳压芯片U3的输入端相连接；电解电容C6的正极同时与电解电容C4的正极、电阻R7的一端相连接同时接地；电阻R20的另一端与电解电容C4的负极相连接；电阻R5的另一端同时与稳压芯片U3的输出端、电阻R6的一端、电解电容C8的负极、电解电容C16的负极相连接同时接V-端；电阻R7的另一端与电阻R6的另一端相连接并同时与稳压芯片U3的比较端口相连接，电解电容C8的正极、电解电容C16的正极均接地；
稳压芯片U4的输入端与电容C9的一端相连接同时外接电源输入端V+端，电容C9的另一端与电解电容C10的负极、稳压芯片U4的接地端相连接同时接地；电解电容C10的正极与稳压芯片U4的比较端口相连接；稳压芯片U4的输出端口与电容C11的一端连接同时外接5V电源，电容C11 的另一端接地；
稳压芯片U1的输入端与电解电容C1的正极相连接同时外接电源输入端V+端，电解电容C1的负极与电解电容C2的负极、电解电容C19的负极、稳压芯片U1的接地端相连接同时接地；电解电容C2的正极、电解电容C19的正极与稳压芯片U1的输出端相连接同时外接电源VCC端，电源VCC端通过电阻R1与电源输入端V+端相连接；
电阻R25的一端外接5V电源，另一端同时与电阻R26的一端、放大器B的一个负输入端相连接；电阻R26的另一端外接-5V电源，同时与放大器B的电源输出端口、电阻R28的一端相连接；放大器B的正输入端接地，放大器B的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电阻R28的另一端同时与电容C12的一端、电阻R27的一端、放大器C的一个负输入端相连接；电容C12的另一端、电阻R27的另一端与放大器C的电源输出端口相连接；放大器C的正输入端接地；放大器C的其余两个端口悬空；
电阻R30的一端外接5V电源，电阻R30的另一端同时与电容C13的一端、电阻R29的一端、放大器D的一个负输入端相连接；电容C13的另一端、电阻R29的另一端与放大器D的电源输出端口相连接；放大器D的正输入端接地；放大器D的其余两个端口悬空；电容C17一端和电容C18的一端分别接电源输入端V+端和V-端；电容C17和电容C18的另一端均接地；
所述的稳压芯片U1、稳压芯片U2、稳压芯片U3和稳压芯片U4的型号分别为L78M05、LM317T、LM337T和MAX6250ESA；
所述的功率控制电路包括66个电阻、27个电容、17个放大器、15个二极管和1个芯片；具体的：
电阻R73的一端同时与电阻R72和R77一端、放大器B1的负输入端相连接；电阻R74的一端同时与电阻R70和R71一端、放大器B1的正输入端相连接；电阻R73和R74的另一端接地；电阻R72的另一端同时与电阻R75的一端、电阻R76的一端、放大器A1的负输入端相连接，电阻R77 另一端同时与电阻R76的另一端、放大器B1的电源输出端口相连接；电阻R70和R71另一端均与放大器A1的正输入端相连接；放大器A1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；放大器B1的其余两个端口悬空；电阻R75的另一端同时与放大器A1的电源输出端口、放大器C1的正输入端、开关CP-S1的一端相连接；放大器C1的负输入端与电阻R102的一端、放大器C1的电源输出端口相连接，放大器C1的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；开关CP-S1的另一端同时与电阻R78的一端、开关CC-S1的一端相连接，开关CC-S1的另一端与电阻R79的一端、放大器B2的电源输出端口、电阻R80的一端相连接；电阻R79的另一端与电容C24的一端相连接，电容C24的另一端同时与电阻R78的另一端、放大器B2的负输入端相连接；
二极管D18的正极接激光器，负极与三极管Q20的基极相连接，三极管Q20的集电极与电解电容C39的正极、三极管Q21的集电极相连接，同时外接电源输入端V+端；三极管Q20的发射极同时与电解电容C39的负极、电阻R129的一端、三极管Q21的基极相连接；电阻R129的另一端外接电源输入端V-端；三极管Q21的发射极与电阻R121的一端相连接，电阻R121的另一端与二极管D15的正极相连接，二极管D15的负极同时与二极管D14的正极、电阻R118的一端、电阻R117的一端、电容C34的一端、放大器D1的负输入端相连接；二极管D14的负极、电阻R118的另一端、电容C34的另一端同时与放大器D1的电源输出端口相连接，同时与电阻R119的一端相连接；放大器D1的正输入端接地；放大器D1的其余两个端口悬空；电阻R117的另一端与电阻R115的一端、放大器C2的电源输出端口相连接，电阻R115的另一端同时与电阻R114的一端、电阻R116的一端、放大器C2的负输入端相连接；放大器C2的正输入端接地；电阻R116的另一端与电容C33的一端、可变电阻P2的滑动端相连接，电容C33的另一端与可变电阻P2的一个电阻端相连接并接地，可变电阻P2的另一个电阻端外接5V电源；放大器C2的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；
电阻R119的另一端同时与放大器B2的正输入端、开关CP-S1的一端、开关CC-S1的一端相连接；其中开关CP-S1的另一端与电容C31的一端相连接，电容C31的另一端接地；开关CC-S1的另一端与MOS管Q11的漏极相连接，MOS管Q11的栅极同时与芯片U6的13号管脚、电阻R68的一端相连接，其中芯片U6的型号为ULN2003AD；电阻R68的另一端接VCC电源，MOS管Q11的源极接地；芯片U6的10号管脚与电阻R69的一端相连接，电阻R69的另一端接VCC电源；芯片U6的4号管脚与电阻R67的一端相连接，电阻R67的另一端与电阻R66的一端相连接，且同时外接功能电路；电阻R66的另一端接VCC电源；
电阻R80的另一端同时与电阻R81的一端、二极管D9的正极、二极管D8的负极、二极管D7的负极、电容C37的一端、二极管D16的正极、芯片U12的负输入端、MOS管Q12的漏极相连接；MOS管Q12的栅极外接功能电路、源极接地；电阻R81的另一端同时与电容C25的一端、放大器A2的正输入端相连接，电容C25的另一端接地；放大器A2的负输入端同时与放大器A2的电源输出端、开关AG-S2 的一端、二极管D9的负极、二极管D8的正极、电阻R82的一端相连接；电阻R82的另一端同时与电阻R83的一端、放大器A3的负输入端相连接，放大器A3的正输入端与二极管D7的正极相连接，并同时接地；电阻R83的另一端同时与放大器A3的电源输出端、开关CG-S2 的一端相连接，开关CG-S2 的另一端、开关AG-S2 的另一端与电阻R84的一端相连接；电阻R84的另一端同时与电阻R108的一端、放大器B3的负输入端、电容C27的一端、二极管D11的正极、二极管D10的负极相连接；电阻R108的另一端同时与放大器C3的电源输出端、电阻R107的一端、放大器D3的正输入端相连接，电阻R107的另一端同时与放大器C3的负输入端、电阻R105的一端相连接；电阻R105的另一端同时与放大器D2的电源输出端、放大器D2的负输入端相连接，放大器D2的正输入端外接低电平；放大器C3的正输入端同时与电阻R104的一端、电阻R106的一端相连接，电阻R104的另一端外接高电平，电阻R106的另一端通过可变电阻P9接地；放大器D3的负输入端同时与电阻R109的一端、放大器D3的电源输出端相连接，同时外接功能电路；电阻R109的另一端外接功能电路；
二极管D10的正极接开关AG-S2 一端、二极管D11的负极接开关CG-S2 一端；开关AG-S2另一端、开关CG-S2 另一端、电容C27的另一端、电阻R86的一端、电阻R85的一端接放大器B3的电源输出端；放大器B3的正输入端接地；电阻R86的另一端接三极管Q16的基极；电阻R85的另一端接三极管Q13的基极；三极管Q16的发射极、三极管Q13的发射极和电阻R93的一端相连后通过电阻R94接地；电阻R93的另一端、三极管Q18的集电极、三极管Q15的集电极接电阻R97的一端；电阻R97的另一端接电阻R98的一端；电阻R98的另一端和电阻R100一端相连后通过电容C29接地；电阻R100另一端接继电器REL1的常闭触点；电阻R127的一端和二极管D17的正极相连后继电器REL1的一个线圈端；二极管D17的负极、电阻R128的一端、继电器REL1的另一个线圈端相连后接mos管Q19的漏极；继电器REL1的常开触点接地；mos管Q19的栅极接芯片U6的1号管脚；mos管Q19的源极接地；电阻R128的另一端接发光二极管LED1的负极；电阻R127的另一端、发光二极管LED1的正极接电源输入端V+端；
三极管Q13的集电极和电阻R87的一端相连后接三极管Q15的基极；三极管Q15的发射极接电阻R88的一端；电阻R87的另一端、电阻R88的另一端、电解电容C43的正极、电容C44的一端、电阻R140的一端相连后接三极管Q25的集电极；电解电容C43的负极、电容C44的另一端接地；电阻R137的一端、电阻R14的一端、电容C41的一端、电解电容C40的正极相连后接三极管Q25的发射极；电阻R14的另一端通过电阻R11接地；电容C41的另一端、电解电容C40的负极接地；三极管Q25的基极和电阻R137的另一端相连后接三极管Q23的集电极；三极管Q23的发射极通过电阻R138接地；电阻R140的另一端、二极管D19的正极、电容C42的一端、电阻R141的一端相连后接放大器A4的负输入端；二极管D19负极和二极管D20负极相连；二极管D20正极、电容C42另一端、三极管Q23基极相连后接放大器A4的电源输出端；电阻R133的一端和电阻R134的一端相连后接放大器A4的正输入端；电阻R141的另一端、电阻R134的另一端接地；电阻R133另一端接输入电源+5V端；
三极管Q16的集电极和电阻R90的一端相连后接三极管Q18的基极；电阻R91的一端接三极管Q18的发射极；电阻R90的另一端、电阻R91的另一端、电阻R145的一端、电解电容C48的负极、电容C49的一端相连后接三极管Q28的集电极；电阻R142的一端、电阻R16的一端、电解电容C45的负极、电容C46的一端接三极管Q28的发射极；电解电容C48的正极、电容C49的另一端、电解电容C45的正极、电容C46的另一端接地；电阻R16的另一端通过电阻R12接输入电源的-Vin端；电阻R142的另一端和三极管Q28的基极相连后接三极管Q26的集电极；三极管Q26的发射极通过电阻R143接地；电阻R145的另一端、电阻R146的一端、电容C47的一端、二极管D21的正极相连后接放大器B4的负输入端；二极管D21的负极与二极管D22的负极相连；二极管D22的正极、C47的另一端、三极管Q26的基极相连后接放大器B4的电源输出端；电阻R135的一端和电阻R136的一端相连后接放大器B4的正输入端；电阻R146的另一端、电阻R136的另一端接地；电阻R135的另一端接输入电源的-5V端；
芯片U12的型号是AD845JN，且芯片U12正输入端、放大器A5的负输入端、放大器A5的电源输出端、电阻R113的一端、电阻R111的一端相连后通过电容C36接地；可变电阻P1的滑动端和电容C35的一端相连后接放大器A5的正输入端；可变电阻P1的一个电阻端接输入电压的+5V端；可变电阻P1的另一个电阻端和电容C35的另一端相连后接地；电阻R113的另一端、电阻R111的另一端接显示板；电容C37的另一端、二极管D16的负极、电阻R122的一端相连后接芯片U12的电源输出端；芯片U12的其余两个端口分别接电源输入端V+端和V-端；电阻R122的另一端和电阻R123的一端相连后接放大器E1的负输入端；电阻R123的另一端接地；放大器E1的电源输出端接芯片U6的2号管脚；电阻R124的一端、电阻R125的一端和放大器E1的正输入端相连后接放大器E2的正输入端；电阻R124的另一端接输入电源的+5v端；电阻R125的另一端接地；电阻R131的一端和电阻R130的一端相连后接放大器E2的负输入端；电阻R130另一端接三极管Q22的发射极；三极管Q22的集电极接输入电源的+5v端、基极接芯片U6的1号管脚；电阻R131的另一端接输入电源的+5v端；放大器E2的其余两个接口分别接输入电源的VCC端和地；
电容C61两端分别接输入电源的VCC端和地；电容C51、C53、C55、C57、C59并联后接输入电源的V+端和地；电容C52、C54、C56、C58、C60并联后接输入电源的V+端和地。
2.根据权利要求1所述的C+L波段的EDFA教学开发实验箱，其特征在于所述泵浦激光器(1)采用980nm的功率可调谐激光器。
3.根据权利要求2所述的C+L波段的EDFA教学开发实验箱，其特征在于C波段掺铒光纤采用5m、10m和15m，便于实验测试和分析EDF的长度对EDFA增益的变化特性。
4.根据权利要求3所述的C+L波段的EDFA教学开发实验箱，其特征在于L波段掺铒光纤采用8m、10m和25m，便于实验测试和分析EDF长度对EDFA增益特性的变化特性。
5.根据权利要求4所述的C+L波段的EDFA教学开发实验箱，其特征在于C波段和L波段均采用两个WDM复用器，便于设计前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦的连接方式。
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