EDFA原理性能、生产工艺及失效原因分析

IEDFA原理性能、生产工艺及失效原因分析摘要随着通信技术的发展，通信网络在工业数据传输中的应用日益增多。目前在工业数据传输领域大多采用同轴电缆的通信方式进行，虽然经济实用，但在很大程度上限制了应用场合的拓展。为了使远距离的数据传输实现更灵活方便，本文选用EDFA技术进行远程数据的传输。EDFA网络具有网络覆盖率高、速率快等优势，已广泛应用于电力、铁路、石油等行业，这必将成为工业控制及远程监测等领域的发展趋势。基于掺铒技术的EDFA系统主要由光模块和电模块组成，光模块完成核心的放大等功能，电模块完成相关的控制。模块的各组成部分的参数控制、工艺制程、失效模式是EDFA技术的关键。电模块的辅助使得EDFA的通信系统更易监控，本身的放大功能也更趋完善。通过研究EDFA的核心技术，比较目前应用的各种放大模式，并通过分析目前的工艺及技术参数的实际控制，研究EDFA的实效模式，以提高生产控制力，促使EDFA模块的长远可靠性提升。关键词：EDFA，数据传输，通信系统，失效分析IIPrincipleofEDFAPerformance,ProductionProcessandFailureCauseAnalysisABSTRACTWiththedevelopmentofcommunicationtechnology,communicationnetworkintheapplicationofindustrialdatatransmissionisincreasing.Atpresent，usingcoaxialcablecommunicationwaymostlyinthefieldofindustrialdatatransmission,althoughtheeconomicandpractical,butlargelylimitstheapplications.Inordertomakethedistanceofdatatransmissiontorealizemoreflexibleandconvenient,thisarticleselectstheEDFAtechnologyforremotedatatransmission.EDFAhasnetworkcoveragerateishigh,thefastrateofhasbeenwidelyusedinelectricpower,railway,petroleumandotherindustries,thiswillbecomeadevelopmenttrendofindustrialcontrolandremotemonitoring,etc.EDFAbasedonerbium-dopedsystemismainlycomposedofopticalmoduleandelectricalmodules,opticalmodulestocompletethecorefunctionsuchasamplification,electricalcontrolmoduletocompleterelated.Lightmoduleparametercontrolofeachcomponent,technologicalprocess,failuremodeisthekeyofEDFAtechnology.AuxiliarypowermodulemakestheEDFAcommunicationsystemiseasiertomonitorandamplificationfunctionofitselfalsomorehastenisperfect.EDFA'scoretechnologythroughresearch,comparetheapplicationofvariouszoommode,andthroughtheanalysisofthecurrentprocessandtechnicalparametersoftheactualcontrol,studyeffectivepatternsofEDFA,inordertoimprovetheproductioncontrol,makethelong-termreliabilityofEDFAmodulepromotion.KEYWORDS：EDFA,datacommunication,communicationalsystem,failureanalysisIII目录摘要……………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ1绪论……………………………………………………………………………………11.1课题背景和研究意义………………………………………………………………11.2国内外发展状况…………………………………………………………………12光放大技术概述…………………………………………………………………32.1光放大技术发展概况………………………………………………………32.2光放大技术简介…………………………………………………………………32.3光放大器的产生…………………………………………………………………42.4基本光放大器的组态………………………………………………………42.5基本的光谱特性…………………………………………………………………42.5.1EDFA放大的能级机理………………………………………………………42.5.2EDFA实际的展宽谱…………………………………………………………52.5.3EDFA掺杂物及原因分析……………………………………………………52.6本章小结…………………………………………………………………53EDFA的结构模型…………………………………………………………………………63.1系统组成…………………………………………………………………………63.2EDFA的关键模块…………………………………………………………………63.2.1掺铒光纤（EDF）……………………………………………………………63.2.2光耦合器（WDM）……………………………………………………………73.2.3光隔离器（ISO）……………………………………………………………73.2.4光滤波器（OpticalFilter）………………………………………………83.2.5泵浦源（PumpingSupply）…………………………………………………83.3EDFA的数学模型…………………………………………………………………83.4本章小结…………………………………………………………………………94EDFA的监控系统设计……………………………………………………………………104.1PD光电探测器……………………………………………………………………104.1.1PD光电探测器实现功能…………………………………………………104.1.2PD光电探测电路设计……………………………………………………104.1.3原理分析…………………………………………………………………124.2泵浦驱动系统……………………………………………………………………124.2.1驱动电路功能……………………………………………………………124.2.2泵浦驱动电路设计………………………………………………………12IV4.2.3泵浦驱动原理分析………………………………………………………144.3温控系统…………………………………………………………………………154.3.1温控电路功能……………………………………………………………154.3.2温控电路设计……………………………………………………………154.3.3温度控制原理分析………………………………………………………164.4本章小结…………………………………………………………………………165EDFA的工艺及相关参数控制……………………………………………………………175.1主要器件功能简介………………………………………………………………175.2工艺流程…………………………………………………………………………175.2.1项目实施……………………………………………………………………185.2.2制作流程……………………………………………………………………185.2.3关键测试架构………………………………………………………………205.3增益与噪声系数控制……………………………………………………………215.3.1增益控制……………………………………………………………………215.3.2噪声系数控制………………………………………………………………235.3本章小结…………………………………………………………………………246EDFA的失效模式分析……………………………………………………………………255.1EDFA产品之TLB板卡分类简绍…………………………………………………256.2失效模式分析………………………………………………………………………256.2.1EDFA失效模式一………………………………………………………256.2.2EDFA失效模式二………………………………………………………256.2.3EDFA失效模式三………………………………………………………266.2.4EDFA失效模式四………………………………………………………276.2.5EDFA失效模式五………………………………………………………276.2.6EDFA失效模式六………………………………………………………276.3EDFA实效的具体案例分析………………………………………………………286.4本章小结…………………………………………………………………………337EDFA的发展趋势及结论…………………………………………………………………34致谢…………………………………………………………………………………………35参考文献……………………………………………………………………………………36EDFA原理性能、生产工艺及失效原因分析11绪论1.1课题背景和研究意义21世纪是高速信息时代，随着互联网的迅速发展，网络规模和应用范围迅速扩大，通信技术的不断进步，人们对网络带宽资源的需求呈指数增加，有线传输一定会更多地采用光纤。在传统的光纤通信系统中，光信号在光纤中传输时，不可避免的存在着一定的损耗和色散，损耗导致光信号能量的降低，色散导致光脉冲展宽，因此，每隔一段距离就需要设置一个中继器，以便对信号进行放大和再生中继续传输。解决这一问题的常规方法是采用光-电-光中继器，这种光-电-光的变换和处理方式在一定程度上已满足不了现代传输的要求。光放大器的出现改变了这种状况，特别是1989年诞生的掺饵光纤放大器代表的光放大器技术是光纤通信技术上的一次革命。它可以使对光信号的放大和再生中继不再经过光-电转换。特别是掺饵光纤放大器使信号光在光纤中直接得到增强和放大，这使得通信成本降低，设备简化，运行维护方便。随着掺饵光纤放大器的实用化，愈来愈多的用在数字光纤传输系统中，它给原来的数字光纤传输系统带来了新的发展。掺饵光纤放大器的成熟使WDM技术迅速进人实用阶段。EDFA有数十到上百纳米的增益带宽，一个EDFA放大器就可以代替许多设备实现对WDM系统的多信道光信号同时进行放大，使得成本大大下降。更重要的是，波分复用技术和EDFA可以直接在原来已经大量铺设的G.652光纤网上直接使用，实现了光纤通信容量的平滑升级。1.2国内外发展状况自英国南安普顿大学的物理学家S.B普尔发现EDF可制作全光放大器，美国贝尔实验室证实全光放大器比电子放大器在性能上提高100倍，1994年在系统配置中实用化以来，其发展突飞猛进，目前的技术开发和商品化最成熟，常用的C波长EDFA工作在1530～1565nm的光纤损耗最低的窗口，具备超过40dB的高增益，高输出，对偏振不敏感，无串