【正文】 ，NF=3dB這是最小噪聲系數(shù)，或叫噪聲系數(shù)極限，是噪聲系數(shù)所能達到的最小值。不過，這種分布式EDAF只有在適當(dāng)波長的泵浦作用下才有效，最佳泵浦波長是1480nm。級聯(lián)放大器中，第一級泵浦在高粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，保證高增益和低噪聲，后面各級以大功率輸出為主，總級聯(lián)放大器增益G是各級放大器增益的乘積，而總噪聲指數(shù)則主要取決于第一級的噪聲。1480mn泵浦的NF稍大，在強泵浦條件下，高增益的EDAF可以達到接近4dB的噪聲指數(shù)，這是因為1480mn屬于帶內(nèi)泵浦，其發(fā)射截面不為零，粒子數(shù)難以接近完全反轉(zhuǎn)。NF還與泵浦光功率和EDF長度有關(guān):光纖越長，NF越大。信噪比的惡化用噪聲系數(shù)NF表示。在四種噪聲中，信號光的散粒噪聲和ASE與信號光之間的拍頻噪聲是決定EDAF性能的重要因素[16]。結(jié)果，增益飽和由信號光平均功率決定，放大器增益不因脈沖而變化。對給定的泵浦功率，放大器最大增益對應(yīng)一個最佳長度值，當(dāng)長度L超過最佳值時增益會迅速下降，多余的EDF部分起到吸收放大信號的作用[14]。此外，反轉(zhuǎn)沿著放大器長度的不均勻性也增加了速率方程的復(fù)雜性?？伤愠鲈鲆鍳。為了簡化問題，可以將介質(zhì)看作均勻展寬的系統(tǒng)。由于光纖放大器中P是Z的函數(shù)，因而g也是z的函數(shù)。將g(z)在光纖長度上進行積分并令始端功率為Pin，則得到 （53） （54） （55）如果己知增益系g(z)，則可求出放大器的增益G。下面將對增益進行具體的討論。5 EDFA的工藝及相關(guān)參數(shù)控制 主要器件功能介紹PDpumpIsolatorWDMEDFCoupler 51 EDFA產(chǎn)品外形a) PUMP：主要是提供激光光源；b) EDF：對光信號進行放大作用，其內(nèi)部主要是能使光信號通過后起到放大作用的物質(zhì)；c) WDM：主要是將絕大多數(shù)的信號光與泵浦光合路于EDF中；d) PD：即光電轉(zhuǎn)換器，主要作用是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，以識別光信號的強度和變化；e) Coupler：一類能使傳輸中的光信號在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進行再分配的器件；f) ISO：防止光路光反射引起激光振蕩，保護光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定；g) PCBA：驅(qū)動PD、PUMP，控制電路。有些甚至要求將TEC和激光器同時采用TO封裝，這就要求TEC的體積非常小。一對電偶產(chǎn)生的熱電效應(yīng)很小，故在實際中都將上百對熱電偶串聯(lián)在一起，所有的冷端集中在一邊，熱端集中在另一邊，這樣生產(chǎn)出用于實際的致冷器。所謂珀爾帖效應(yīng)，是指當(dāng)直流電流通過兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時，其一端吸熱，一端放熱的現(xiàn)象。因此，為了保證它恒溫工作，制冷器需要一制冷電流來降溫，這一電流即為直流工作點。圖47為溫控電路的整體框圖。d）光功率穩(wěn)定度，激光器輸出功率會隨著時間的變化而變化，經(jīng)過一段時間后激光器輸出值的變化值成為光功率穩(wěn)定度，變化量越低表明輸出功率越穩(wěn)定。一般輸出功率都根據(jù)實際光路的要求來確定，并不是越大越好。緩啟動電路啟動以后，A端負(fù)電壓值逐漸上升。Jc為繼電器的常閉觸點，電源不工作時將LD短路，以防止靜電的破壞，圖45 LD及其保護裝置圖同時在電源開機(關(guān)機)的瞬問也防止了對LD的浪涌沖擊。恒定電流值的改變可通過改變可調(diào)電位器的阻值來實現(xiàn)。后才能使T逐漸導(dǎo)通，A點電壓跟隨C6上的電壓變化，最后達到穩(wěn)定值。為了保護泵浦激光器，要對其驅(qū)動電流進行限流，這就需要保護電路。由于其工作特性受溫度影響很大并且極易損壞，因此設(shè)計和使用時必須注意防止浪涌的危害。利用光電導(dǎo)效應(yīng)工作的光電二極管叫光電導(dǎo)探測器。 PD光電探測電路設(shè)計PD監(jiān)控電路（PD Monitor Circuit）：圖41 跨阻放大電路圖42 對數(shù)放大電路(AD8305) 系統(tǒng)的原理分析PIN光電二極管是利用PN結(jié)區(qū)電場收集光生載流子的光電探測器，基本工作原理是：如果半導(dǎo)體的PN收到光照，且能大于或等于半導(dǎo)體材料的帶隙能量時，光子會釋放它的能量，并把電子由價帶激發(fā)到導(dǎo)帶而產(chǎn)生光生載流子，及電子和空穴。 本章小結(jié)本章主要從系統(tǒng)組成、數(shù)學(xué)模型等方面，分析了EDFA系統(tǒng)。目前980nm和1480nm的LD已商品化，所以一般采用980nm和1480nm的半導(dǎo)體激光器作泵源。 泵浦源 （Pumping Supply）泵浦源為信號放大提供能量，即實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。另一方面，對于插入級聯(lián)放大器以及很多信道橫跨整個增益帶寬內(nèi)的WDM系統(tǒng)，波長濾波器僅可以放在接收機前，它將使噪聲減到最小并對多信道解復(fù)用。為了防止系統(tǒng)的性能退化，光濾波器是必需的。在輸入端加光隔離器消除因放大的自發(fā)輻射反向傳播可能引起的干擾，輸出端保護器件免受來自下段可能的逆向反射。通常光反射會干擾器件的正常輸出，產(chǎn)生諸如強度漲落、頻率漂移和噪聲增加等不利影響。為此，在摻鉺光纖的輸入和輸出處必定需要WDM。一對介質(zhì)進行泵浦和使信號得到增益。為保證泵浦光與信號光的單模傳輸，光纖的截止波長應(yīng)適當(dāng)。c)摻鉺光纖的內(nèi)部設(shè)計關(guān)鍵點：摻有Er3+的石英光纖具有激光增益特性，鉺光纖的光譜性質(zhì)主要由鉺離子和光纖基質(zhì)決定，鉺離子起主導(dǎo)作用，摻Er3+濃度及在纖芯中的分布等對EDFA 的特性有很大影響。b)摻鉺光纖與普通光纖的匹配：摻鉺光纖纖芯直徑可以比較小，或者是標(biāo)準(zhǔn)的8um單模光纖的尺寸。 本章小結(jié)本章主要從EDFA的產(chǎn)生、發(fā)展、機理、組態(tài)等方面的分析研究EDFA技術(shù)。因為我們希望放大器有盡可能多的用途以適應(yīng)各種各樣的應(yīng)用需要，增益帶寬應(yīng)該盡可能的寬和均勻。 EDFA摻雜物及原因分析共摻雜有其它材料的鉺光纖的重要性有兩點：第一，鉺離子比硅原子大得多，因而不太溶于硅中，因此難以達到高的摻雜濃度使得能在長度上獲得高的增益值。 EDFA實際的展寬譜吸收和發(fā)射譜皆具有與相關(guān)聯(lián)的帶寬。鉺的發(fā)射意外地處在標(biāo)準(zhǔn)硅光纖的最小損耗去附近。一經(jīng)光子被吸收和載流子被激發(fā)到更高的能級，后者就又迅速地衰減到第一激發(fā)態(tài)。一般說來，吸收對應(yīng)于：一個光子被吸收并產(chǎn)生一個跳躍到更高能級上的載流子（離子），其能級差，△E=hv，大致與光子的能量相匹配。此時信號的傳輸已經(jīng)在傳輸線路上經(jīng)受嚴(yán)重的衰減。在線式放大器是用來周期性地糾正光信號衰減，這種損耗或來自光纖的吸收損耗或是網(wǎng)絡(luò)分配引起的分光損耗。此外，當(dāng)通過一個有損耗的系統(tǒng)時，功率放大器引入的噪聲將和信號一起被衰減。在放大過程中信號仍保持光的形式。再生中繼器是用來糾正光纖的衰減和色散的影響。放大器皆有一個品質(zhì)因數(shù)，就是后面提到的低噪聲系數(shù)NF。放大器皆能提供信號增益G，不過它們也都在系統(tǒng)中引入加性噪聲（方差=2）。這些器件能夠使人們構(gòu)想出和實驗證明激動人心的，新的通信系統(tǒng)。開發(fā)摻鉺氟化物光纖放大器EDFFA，放大帶寬75nm，增益18dB，在較寬的頻帶內(nèi)獲得平坦增益。這種設(shè)計允許用戶根據(jù)需要逐漸升級擴容，盡量避免鋪設(shè)新的光纜而增加投入。有些色散位移光纖DSF網(wǎng)絡(luò)制造商已先于C而開發(fā)L波長產(chǎn)品，L波長可能成為DSF的主要工作窗口。其不足是平均增益特性的帶寬只有35nm，僅覆蓋石英單模光纖低損耗窗口的一部分，制約了光纖固有能夠容納的波長信道數(shù)。摻餌光纖放大器的成熟使WDM技術(shù)迅速進人實用階段。光放大器的出現(xiàn)改變了這種狀況，特別是1989年誕生的摻餌光纖放大器代表的光放大器技術(shù)是光纖通信技術(shù)上的一次革命。關(guān)鍵詞：EDFA，數(shù)據(jù)傳輸，通信系統(tǒng)，失效分析 Principle of EDFA Performance, Production Process and Failure Cause AnalysisABSTRACTWith the development of munication technology, munication network in the application of industrial data transmission is increasing. At present，using coaxial cable munication way mostly in the field of industrial data transmission, although the economic and practical, but largely limits the applications. In order to make the distance of data transmission to realize more flexible and convenient, this article selects the EDFA technology for remote data transmission. EDFA has network coverage rate is high, the fast rate of has been widely used in electric power, railway, petroleum and other industries, this will bee a development trend of industrial control and remote monitoring, etc.EDFA based on erbiumdoped system is mainly posed of optical module and electrical modules, optical modules to plete the core function such as amplification, electrical control module to plete related. Light module parameter control of each ponent, technological process, failure mode is the key of EDFA technology. Auxiliary power module makes the EDFA munication system is easier to monitor and amplification function of itself also more hasten is perfect.EDFA39。基于摻鉺技術(shù)的EDFA系統(tǒng)主要由光模塊和電模塊組成，光模塊完成核心的放大等功能，電模塊完成相關(guān)的控制。EDFA原理性能、生產(chǎn)工藝及失效原因分析摘 要隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用日益增多。EDFA網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高、速率快等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于電力、鐵路、石油等行業(yè)，這必將成為工業(yè)控制及遠程監(jiān)測等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。通過研究EDFA的核心技術(shù)，比較目前應(yīng)用的各種放大模式，并通過分析目前的工藝及技術(shù)參數(shù)的實際控制，研究EDFA的實效模式，以提高生產(chǎn)控制力，促使EDFA模塊的長遠可靠性提升。解決這一問題的常規(guī)方法是采用光電光中繼器，這種光電光的變換和處理方式在一定程度上已滿足不了現(xiàn)代傳輸?shù)囊?。隨著摻餌光纖放大器的實用化，愈來愈多的用在數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)中，它給原來的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，美國貝爾實驗室證實全光放大器比電子放大器在性能上提高100倍，1994年在系統(tǒng)配置中實用化以來，其發(fā)展突飛猛進，目前的技術(shù)開發(fā)和商品化最成熟，常用的C波長EDFA工作在1530～1565nm的光纖損耗最低的窗口，具備超過40dB的高增益，高輸出，對偏振不敏感，無串?dāng)_，低噪聲，可同時放大多路波長信號，在一對EDFA之間，光信號傳輸距離已超過100km。兩者基本結(jié)構(gòu)相似，大多數(shù)C波長EDFA的設(shè)計和制造技術(shù)仍可用于L波長的研制,估計其發(fā)展將非?？?，所存在的EDF較長帶來無源衰減較大,放大雜散輻射功率急劇累積等不足，通過提高其內(nèi)部器件性能,正在改進之中。多數(shù)情況下，L波長放大器可通過波長分割與復(fù)用技術(shù)，一個模塊一個模塊地加到現(xiàn)有C波長EDFA上,兩者相結(jié)合開發(fā)雙向光纖放大器拓樸結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商能將DWDM傳輸窗口的波寬提高約1倍,即從35nm增加到64nm以上，每一波長提供40 80信道，潛在總?cè)萘靠蛇_1000Gb/s。采用多纖芯開發(fā)多芯EDFA，各個纖芯內(nèi)的光信號均以小信號進行放大，從而在較寬的波長范圍內(nèi)獲得接近平坦的增益。2 光放大技術(shù)概述 光放大技術(shù)發(fā)展概況a) 光放大器的設(shè)想隨光纖通信的出現(xiàn)而出現(xiàn)；b) 80年代主要以非線性光學(xué)放大器研究為主；c) 進入90年代以摻鉺光纖放大器為主