半导体光放大器在光纤通信中的作用

半导体光放大器在光纤通信中的作用

摘要：

中国现在的的光纤通信产业已经初具规模，光缆、光纤、半导体、光电子器件以及光纤通信系统都已经能够自己生产供应，不用进口。我国光纤通信主要干线已经建成，光纤通信容量达到 Tbps，几乎用不完，因此不要发展光纤通信技术了但由于光纤本身制造属性决定，光纤仍然有较大的发展空间：半导体光放大器，新光纤研制，光子晶体随着宽带业务的发展网络需要扩容等，光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的，光纤无论是在通信速率还是在传输容量上都有突破性进展。

光纤通信的价值正在得到社会的广泛认同，在光纤通信系统的组建和维护过程中，半导体光放大器的应用是一个重要的技术要点，应该引起同行业的高度重视和广泛关注。本文立足于光纤通信行业，说明了半导体光放大器在光纤通信中应用的必要性，阐述了光纤通信的特点，通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求，光纤通信新技术在近年研究实验和应用的进展趋向，结合通信技术的具体应用，提出了半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，希望对提升半导体光放大器的应用水平，扩宽光纤通信中技术的应用空间有所启迪。

关键词：半导体光放大器；光纤通信；通信容量；传输容量；光脉冲；放大；压缩；整形

21 世纪，计算机通信和网络技术必将得到迅速的发展，这为光纤网络的覆盖和扩大提供了客观的前提和需要近些年来，光纤的进步极大程度上促进了科技的发展，并且达到了方便通信加速进步和便利交往的效果，应该利用光纤通信的技术优势和系统优势，以光纤通信的加速作用，推进整个社会和经济的科技化和综合发展进程半导体放大器是光纤通信过程中重要组件和部分，应该坚持半导体光放大器在光纤通信中具体应用的要点，提升半导体光放大器的应用水平，进而促进光纤通信技术的加速发展和应用。

一、光纤通信的特点

光纤通信的容量大，根据理论计算，单根光纤在单方向的通信过程中可以达到 1Tb/s，理论最高值可以达到 10Tb/s，这是其他传输网络所不可及的光纤通信的的距离长，光纤通信的传输过程利用的是光的全反射原理，特别是光纤的介质均匀，适于长距离传输新时期，光纤传输通信信号可以实现陆地海洋的跨越，并不会出现过大的信号损失光纤通信的带宽宽，光纤通信系统中可以利用不同波段的光波来保障不同线路的信息传输，进而提升光纤通信的带宽根据实验室数据和试用经验，色散平坦的单模光纤对于相对应波段的光信号有着区别的传输作用，并且相互之间不易干扰，这在客观上提高了光纤通信的能力光纤可以实现波

分多路传输因此，在光纤通信中，可以通过光纤数量的增加而实现传输路数的倍增，这在信息化智能化数字化发展的今天，无疑是一种加速和促进光纤通信在传输过程中，一般伴有光信号的放大，这会对光信号质量形成保障，在提高光纤通信传输距离的基础上，降低了光信号产生质量下降的可能光纤通信是当前应用通信领域内，信号损耗杂波干扰最小的一种通信方式。

二、通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求

2.1 光纤无拘束地延长至需要的传输距离

光纤之所以被认为是理想传输媒介，理由之一是它每公里的损耗远小于铜线。尤其是单模光纤工作于长波长 1.3Lm和 1.55Lm，损耗低至 0.35 ～0.2dB/km。对于长途光纤通信线路，今后倾向于采用最低损耗波长 1.55Lm 的窗口。传统1.3Lm 光纤线路为了延长传输距离，每隔一段距离需设置再生中继机，使电脉冲得到放大和重新整形，并不让噪声累积。

2.2 分阶段加大光纤承担传输的容量

按照信息业务增长的规律，分阶段加大光纤承担传输的容量。在一根光纤上加大容量的传统办法，是提高调制信号的数字速率，即提高发送激光管输出光载波强度的调制速率。

2.3 已设光纤容量的利用和新设光纤设计的选择

已经埋设光缆中未用的光纤应该发掘利用其潜在容量，而计划新设光缆则应考虑使用适合长距离、大容量传输的新型光纤。事实表明，10a 前埋设的光缆，包含一定数量的常规单模光纤，其零色散波长为 1.3Lm，其中一部分已经实际运用的光纤就是工作于波 1.3Lm。

2.4 加快研究光子器件和光子集成技术

光子器件和光子集成技术关系到整体光纤通信系统的前进步伐，并且对系统的成本起着决定性作用，必须加快积极研究和开发。在光子器件中，以有源器件为主要，特别是激光管，它是光发送机的核心器件。

三、光纤通信新技术近年研究实验和应用的进展趋向

进入 90 年代以来，确实有几项光纤通信新技术的研究与实验得到显著的突破，而且有些已经得到实践证明，发挥了很大作用，为长距离、大容量数字光纤传输系统铺平道路。

3.1 光纤放大器

早期曾经研究过半导体光放大器，取得了一定的结果，能够对光纤通信的工作波长提供一定数量的增益，但效果还不够理想，未能应用于中、长途光纤线路作为沿线每隔一定距离的中间放大器以替代原有的再生中继机。

3.2 密集波分多路

为了充分利用单模光纤在 1.55Lm 或 1.3Lm 窗口的潜在容量，光的波分多路 (WDM) 也即光频分多路 (OFDM) 被认为是妥善有效的方法。即一根光纤在1.55Lm 附近几个互相隔开的不同波长，同时传输 n 路光载波，总的传输速率将是一个光载波传输速率的 n 倍。

3.3 非零色散光纤

在近年对光纤放大和波分多路结合一起进行研究实验的过程中，发现了许多有意义的和急待解决的技术问题。

3.4 高性能光子器件与集成

四、光纤通信中半导体光放大器的作用

半导体光放大器是通信体系之中重要的组成部分，特别是半导体光放大器精确的放大功能可以使光纤通信的质量得到保障，很多骨干通信网络和重点光纤网络都应用半导体光放大器来做信号的放大与加强处理随着光纤通信的容量和带宽的逐步发展，特别是脉冲信号的深入应用，半导体光放大器精度高的优势得以发挥但是，半导体光放大器存在波长资源的限制，导致在光纤通信发展中，半导体光放大器应用出现了障碍，当前波长转换技术的发展促进了半导体光放大器功能的有效开发，这会扩大半导体光放大器的应用空间，使半导体光放大器的功能和潜力得到技术上支持，对光纤通信形成有力支撑。

4.1 光纤通信中半导体光放大器的应用

半导体光放大器具有非线性光学的优势，特别是半导体光放大器在载流子浓度上具有高频率变化的特点，这样可以使半导体光放大器在光纤通信的信号放大环节中得到具体的应用半导体光放大器在理论方面的模拟模型是 A graw al 和O lsson两个人最早提出来的，随着科学技术的继续向前不断发展以及人们对其认识的不断增加，在原有理论模拟模型的基础之上，半导体光放大器在光纤通信光脉冲放大方面的功能将会不断改进完善。

4.2 半导体光放大器的压缩整形作用应用

光脉冲的压缩与整形是光时分复用技术的基础，当光时分复用系统在对其传输速率方面有较高要求的时候，可以通过利用半导体光放大器在宽度上的优势来满足光时分复用系统的要求但是一般情况下，光脉冲信号产生的脉冲是比较宽的，显然在要求较高的时候不能很好达到要求，因此光脉冲压缩与整形技术得到了广泛的关注与应用现阶段，主要利用半导体光放大器这个元件对脉冲宽度进行有效控制当脉冲信号输入到半导体光放大器之后，从半导体光放大器出来的光信号的波长就会变窄，进而满足一定的技术要求，并且经过半导体光放大器出来的光脉冲信号具有很好的对称性，使得光脉冲信号更趋于合理，更加有利于压缩与整形，也更加适应光纤传输的要求。

五、结语

我们应该从半导体光放大器的作用和功能入手，提高光纤通信网络中应用半导体光放大器的水平，以半导体光放大器特点，充分发挥对光脉冲的压缩放大和整形的功能应该看到，在今后的光纤通信领域，半导体光放大器的应用范围还有进一步扩大的可能，行业必须通过对光纤通信和半导体知识的不断学习加速通信产业的发展，同时实现自身素质能力和职业能力的进步。

我国对未来的有线电视、区域网络、海底通信等等方面都做了研究。通过一些器件以及技术来克服光纤传输时的衰减以及损耗从而达到最大容量传输，技术主要有光纤传输技术等，还研究新型光纤满足人们的要求。总之，光纤通信是人类历史上的重大突破，随着信息技术的不断发展，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统，为经济进步，科技发展，人类文明发挥自己的作用，未来主要实现全光网络。

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半导体材料发展情况

实用标准文案 1、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al 引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。

光放大器发展历史

历史： 1954年第一台NH3分子微波盆子放大器研制成功，人们发现，可通过原子或分子中的受激放大来获得单色的相干电磁波，称为脉塞(Maser——Microwave Amplification by Stimulated Emission of radiation)。1958年肖洛(Schawlow ) 和汤斯(Townes) 将Maser原理推广到光频波段，1960年梅曼(Mamain)利用红宝石介质的受激放大原理研制成第一台红宝石激光器，称为莱塞(Laser—Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 或称激光。不管是Maser还是Laser，其产生相干电磁波辐射的机理都是基于电滋波的受激放大。自1960年以来激光器已得到了飞跃的发展和广泛的应用，然而作为激光器先导的光放大的发展却比较缓慢，直到80年代，在光纤通信发展的推动下，才开始引起足够的重视。进人90年代后光纤放大器的问世已引起了光纤通信技术的重大变革，在60年代半导体激光二极管尚未成熟，但已在77K下，首先进行了GaAs同质结行波半导体放大器的研究，开创了半导体光放大器研究的先河，确立了半导体光放大器的基本理论。至1970年，双异质结结构（DH）激光器问世后，又实现了TW半导体光放大器的室温连续工作。在1973年至1975年间，开始从光纤通信应用要求出发，研究双异质结结构TW和F-P光放大器的特性并取得重要进展。80年代初，采用消除反射光的光隔离器和精确的光频率调谐技术，深人研究了AlGaAs F-P 光放大器的增益、带宽、饱和增益与噪声特性及其对光纤通信系统性能的影响。同时开始研究半导体放大器的注人锁定现象、机理、设计和放大特性。随着光纤通信技术的发展,80年代中期开始研究适用于1. 3μm和1. 5μm波长的InGaAsP半导体光放大器 60年代初，与半导体光放大现象研究的同时，也对掺稀土元素的光纤的光谱特性进行了研究,Koesker发现了掺钕(Nd)光纤的激光辐射现象，Snitzerr发现了掺铒光纤在1.5μm处的激光辐射特性,当时这些研究都是期望研制稀土光纤激光光源而不是光纤放大器，由于稀土光纤的热悴灭效应难以解决，而半导体激光器发展迅速并日趋成熟，因此稀土光纤放大器的研究处于停步不前状态。直至80年代初，在光纤中发现了受激喇受效应，人们又开始恢复了对光纤放大器研究的兴趣，期望能用于光纤通信系统中但这种放大方案效率低，需要高功率的泵浦光源，无法在通信系统中应用。当时光纤通信的研究重点集中在高性能再生中继器和高灵敏度相干检测技术。但是在1985~ 1986年间，英国南安普顿大学的Payne等人有效地解决了掺铒光纤(EDF)的热淬灭问题，首次用MCVD方法研制成纤芯掺杂的铒光纤，并实现了1. 55μm低损耗窗口的激光辐射,1987年他们采用650nm染料激光器作为泵浦光源，获得了28dB小信号增益。同年AT&TBell实验室的Desurvire等人，采用514nm氢离子激光器作为泵浦光源，也获得了22. 4dB的小信号增益。接着在1989年，利用1. 49μm半导体激光器作为泵浦源获得了37dBE小信号增益，Laming等利用980nm, 11mW泵浦功率也得到24dB小信号增益，同年日本NTT实验室首次利用1. 48μm半导体激光泵浦的掺饵光纤放大器作为全光中继器放大5Gb/s孤子脉冲，实现了100km的无误码传输。980nm和1 480nm 半导体激光泵浦的掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，在90年代初得到了飞速发展，成为当时光放大器研究发展的主要方向，极大地推动了光纤通信技术的发展。自此以后，掺饵光纤放大器的研究在多方面开展，建立了多种理论分析模型，提出了增益均衡和扩大增益带宽的方案和方法，进行了多种系统应用研究，同时进行了氟化玻璃饵光纤放大、分布式光纤放大器和双向放大器的研究，使掺饵光纤放大器及其应用得到了飞速发展。此外又开展了掺镨(Pr),掺镱(Yb) ,掺钬(Ho},掺铥(Tm)等光纤放大器的研究。使光纤放大器的研究全面发展。 60年代初，在激光技术发展起来后，以高强度单色光照射光学介质，开辟了非线性光学的研究领域，揭示了受激喇曼散射、受激布里渊散射、四波混频和参量过程的物理机制。1972年Stolen等首先在光纤喇曼激光器的实验中发现了喇曼增益，初期的研究主要侧重于制成光

半导体器件综合参数测试

研究生《电子技术综合实验》课程报告 题目：半导体器件综合参数测试 学号 姓名 专业 指导教师 院（系、所） 年月日

一、实验目的： （1）了解、熟悉半导体器件测试仪器，半导体器件的特性，并测得器件的特性参数。掌握半导体管特性图示仪的使用方法，掌握测量晶体管输入输出特性的测量方法。 （2）测量不同材料的霍尔元件在常温下的不同条件下（磁场、霍尔电流）下的霍尔电压，并根据实验结果全面分析、讨论。 二、实验内容： （1）测试3AX31B、3DG6D的放大、饱和、击穿等特性曲线，根据图示曲线计算晶体管的放大倍数； （2）测量霍尔元件不等位电势，测霍尔电压，在电磁铁励磁电流下测霍尔电压。 三、实验仪器： XJ4810图示仪、示波器、三极管、霍尔效应实验装置 四、实验原理： 1.三极管的主要参数： （1）直流放大系数h FE：h FE=（I C-I CEO）/I B≈I C/I B。其中I C为集电极电流，I B为基极电流。 基极开路时I C值，此值反映了三极管热稳定性。 （2）穿透电流I CEO ： （3）交流放大系数β：β=ΔI C/ΔI B （4）反向击穿电压BV CEO：基极开路时，C、E之间击穿电压。 2.图示仪的工作原理： 晶体管特性图示仪主要由阶梯波信号源、集电极扫描电压发生器、工作于X-Y方式的示波器、测试转换开关及一些附属电路组成。晶体管特性图示仪根据器件特性测量的工作原理，将上述单元组合，实现各种测试电路。阶梯波信号源产生阶梯电压或阶梯电流，为被测晶体管提

供偏置；集电极扫描电压发生器用以供给所需的集电极扫描电压，可根据不同的测试要求，改变扫描电压的极性和大小；示波器工作在X-Y状态，用于显示晶体管特性曲线；测试开关可根据不同晶体管不同特性曲线的测试要求改变测试电路。（原理如图1） 上图中，R B、E B构成基极偏置电路。当E B》V BE时，I B=（E B-V BE）/R B基本恒定。晶体管C-E之间加入锯齿波扫描电压，并引入小取样电阻RC，加到示波器上X轴Y轴电压分别为：V X=V CE=V CA+V AC=V CA-I C R C≈V CA V Y=-I C·R C∝-I C I B恒定时，示波器屏幕上可以看到一根。I C-V CE的特征曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。为了显示一组在不同I B的特征曲线簇I CI=φ应该在X轴锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使I B也有一个相应的变化。应将E B改为能随X轴的锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。每一个阶梯电压能为被测管的基极提供一定的基极电流，这样不同变化的电压V B1、V B2、V B3…就可以对应不同的基极注入电流I B1、I B2、I B3….只要能使没一个阶梯电压所维持的时间等于集电极回路的锯齿波扫描电压周期。如此，绘出I CO=φ（I BO，V CE）曲线与I C1=φ（I B1，V CE）曲线。 3.直流电流放大系数h FE与工作点I,V的关系 h FE是晶体三极管共发射极连接时的放大系数，h FE=I C/I B。以n-p-n晶体管为例，发射区的载流子（电子）流入基区。这些载流子形成电流I E，当流经基区时被基区空穴复合掉一部分，这复合电流形成IB，复合后剩下的电子流入集电区形成电流为IC，则I E=IB+IC。因IC>>IB 所以一般h FE=IC/IB都很大。

半导体光放大器(SOA)

半导体光放大器(SOA) SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用，称作F—P半导体激光放大器(FPA)；另一种是在F—P激光器的两个端面上涂有抗反射膜，消除两端的反射，以获得宽频带、高输出、低噪声。 早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器偏振灵敏度较高，使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏振敏感的缺点，性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案，还可促成l310nm窗口WDM系统的实现。SOA的优点是：结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3～1．6／μm波段，这是EDFA或PDFA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。SOA除了可用于光放大外，还可以作为光开关和波长变换器。 2．拉曼光纤放大器拉曼放大技术是采用受激拉曼散射(SRS)这种非线性效应来进行放大的。石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。 (1)拉曼光纤放大器的类型拉曼光纤放大器有两种类型：一种是集总式拉曼光纤放大器；另一种是分布式拉曼放大器。集总式拉曼光纤放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在几km，泵浦功率要求很高，一般为几W左右，可产生40dB以上的高增益，可作为功率放大器，放大EDFA所无法放大的波段。分布式拉曼放大器所用的光纤比较长，一般为几十km，泵源功率可降低到几百mW，主要辅助EDFA用于WDM通信系统性能的提高，抑制非线性效应，提高信噪比。在WDM系统中，采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的入射功率，同时保持适当的光信号信噪比(OSNR）。(2)拉曼光纤放大器的优点 拉曼光纤放大器的增益高、串扰小、噪声系数低、频谱范围宽、温度稳定性好，将拉曼光纤放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。①增益介质为传输光纤本身，与光纤系统有良好的兼容性这使得拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWM)效应的干扰。②增益波长由泵浦光波长决定，不受其他因素的限制理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光。所以拉曼光纤放大器可以放大：EDFA所不能放大的波段，使用多个泵源还可得到比EDFA宽得多的增益带宽，对于开发光纤的整个低损耗区1260～1675nm具有无可替代的作用。 总之，拉曼光纤放大器结合EDFA等稀土掺杂光纤放大器必将成为未来宽带、高速、长距离光通信传输实现光放大的理想方案。 3．掺铒光纤放大器(EDFA) (1)掺杂光纤放大器简介 在介绍EDFA之前，首先来了解以下掺杂光纤放大器的基本概念。掺杂光纤放大器又称为掺稀土离子光纤放大器，是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。掺杂光纤放

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的

ic半导体测试基础(中文版)

本章节我们来说说最基本的测试——开短路测试（Open-Short Test），说说测试的目的和方法。 一．测试目的 Open-Short Test也称为ContinuityTest或Contact Test，用以确认在器件测试时所有的信号引脚都与测试系统相应的通道在电性能上完成了连接，并且没有信号引脚与其他信号引脚、电源或地发生短路。 测试时间的长短直接影响测试成本的高低，而减少平均测试时间的一个最好方法就是尽可能早地发现并剔除坏的芯片。Open-Short测试能快速检测出DUT是否存在电性物理缺陷，如引脚短路、bond wire缺失、引脚的静电损坏、以及制造缺陷等。 另外，在测试开始阶段，Open-Short测试能及时告知测试机一些与测试配件有关的问题，如ProbeCard或器件的Socket没有正确的连接。 二．测试方法 Open-Short测试的条件在器件的规格数或测试计划书里通常不会提及，但是对大多数器件而言，它的测试方法及参数都是标准的，这些标准值会在稍后给出。 基于PMU的Open-Short测试是一种串行（Serial）静态的DC测试。首先将器件包括电源和地的所有管脚拉低至“地”（即我们常说的清0），接着连接PMU到单个的DUT 管脚，并驱动电流顺着偏置方向经过管脚的保护二极管——一个负向的电流会流经连接到地的二极管（图3-1），一个正向的电流会流经连接到电源的二极管（图3-2），电流的大小在100uA到500uA之间就足够了。大家知道，当电流流经二极管时，会在其P-N结上引起大约0.65V的压降，我们接下来去检测连接点的电压就可以知道结果了。 既然程序控制PMU去驱动电流，那么我们必须设置电压钳制，去限制Open管脚引起的电压。Open-Short测试的钳制电压一般设置为3V——当一个Open的管脚被测试到，它的测试结果将会是3V。 串行静态Open-Short测试的优点在于它使用的是DC测试，当一个失效（failure）发生时，其准确的电压测量值会被数据记录（datalog）真实地检测并显示出来，不管它是Open引起还是Short导致。缺点在于，从测试时间上考虑，会要求测试系统对DUT的每个管脚都有相应的独立的DC测试单元。对于拥有PPPMU结构的测试系统来说，这个缺点就不存在了。 当然，Open-Short也可以使用功能测试（Functional Test）来进行，我会在后面相应的章节提及。

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构

的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，

半导体C-V测量基础

半导体C-V测量基础 作者：Lee Stauffer 时间：2009-07-29 来源:吉时利仪器公司 C-V测量为人们提供了有关器件和材料特征的大量信息 通用测试 电容-电压（C-V）测试广泛用于测量半导体参数，尤其是MOSCAP和MOSFET结构。此外，利用C-V测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析，包括双极结型晶体管（BJT）、JFET、III-V族化合物器件、光伏电池、MEMS器件、有机TFT显示器、光电二极管、碳纳米管（CNT）和多种其他半导体器件。 这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。大学的研究实验室和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺、新器件和新电路。C-V测量对于产品和良率增强工程师也是极其重要的，他们负责提高工艺和器件的性能。可靠性工程师利用这类测量评估材料供货，监测工艺参数，分析失效机制。 采用一定的方法、仪器和软件，可以得到多种半导体器件和材料的参数。从评测外延生长的多晶开始，这些信息在整个生产链中都会用到，包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。在圆片工艺中，C-V测量可用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子（杂质）和界面阱密度。在后续的工艺步骤中也会用到这类测量，例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。当在圆片上完全制造出器件之后，在可靠性和基本器件测试过程中可以利用C-V测量对阈值电压和其他一些参数进行特征分析，对器件性能进行建模。 半导体电容的物理特性 MOSCAP结构是在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构（如图1所示）。尽管这类器件可以用于真实电路中，但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制，因此它们是评测底层工艺的一种方便的方法。

半导体材料的分类及应用

半导体材料的分类及应用 能源、材料与信息被认为是当今正在兴起的新技术革命的三大支柱。材料方面, 电子材料的进展尤其引人注目。以大规模和超大规模集成电路为核心的电脑的问世极大地推动了现代科学技术各个方面的发展,一个又一个划时代意义的半导体生产新工艺、新材料和新仪器不断涌现, 并迅速变成生产力和生产工具, 极大地推动了集成电路工业的高速发展。半导体数字集成电路、模拟集成电路、存储器、专用集成电路和微处理器, 无论是在集成度和稳定可靠性的提高方面, 还是在生产成本不断降低方面都上了一个又一个新台阶,有力地促进了人类在生物工程、航空航天、工业、农业、商业、科技、教育、卫生等领域的全面发展, 也大大地方便和丰富了人们的日常生活。半导体集成电路的发展水平, 是衡量一个国家的经济实力和科技进步的主要标志之一, 然而半导体材料又是集成电路发展的一个重要基石。“半体体材料”作为电子材料的代表, 在生产实践的客观需求刺激下, 科技工作者已经发现了数以千计的具有半导体特性的材料, 并正在卓有成效在研究、开发和利用各种具有特殊性能的材料。 1 元素半导体 周期表中有12 种具有半导体性质的元素( 见下表) 。但其中S、P、As、Sb 和I 不稳定, 易发挥; 灰Sn 在室温下转变为白Sn, 已金属; B、C 的熔点太高, 不易制成单晶; T e 十分稀缺。这样只剩下Se、Ge 和Si 可供实用。半导体技术的早期( 50 年代以前) 。 表1 具有半导体性质的元素

周期ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA B C S i P S Ge As S e S n Sb Te I Se 曾广泛地用作光电池和整流器, 晶体管发明后,Ge 迅速地兴起, 但很快又被性能更好的Si 所取代。现在Se 在非晶半导体器件领域还保留一席之地, Ge 在若干种分立元件( 低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器等) 中还被应用, 而Si 则一直是半导体工作的主导材料, 这种情况预计到下个世纪初也不会改变。Si 能成为主角的原因是: 含量极其丰富( 占地壳的27%) , 提纯与结晶方便; 禁带宽度1. 12eV, 比Ge 的0. 66eV 大, 因而Si 器件工作温度高; 更重要的是SiO2 膜的纯化和掩蔽作用, 纯化作用使器件的稳定性与可靠性大为提高,掩蔽作用使器件的制和实现了平面工艺, 从而实现了大规模自动化的工业生产和集成化, 使半导体分立器件和集成电路以其低廉的价格和卓越的性能迅速取代了电子管, 微电子学取代了真空电子学, 微电子工程成为当代产业中的一支生力军。据报导, 1995 年世界半导体器件销售额为1464 亿美元, 硅片销费量约为30. 0 亿平方英寸, 1996 年市场规模为1851 亿美元, 增长了26. 4%, 消费硅片则达33. 46 亿平方英寸。 硅材料分为多晶硅, 单晶硅和非晶硅。单晶硅分为直拉单晶硅( CZ) 、区熔单晶硅( FZ) 和外延单晶硅片( EPI) 。其中, CZ 单晶

几种常见的光放大器的比较

几种常见的光放大器的比较

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对几类放大器的认识 在DWＤM系统中,特别是超远距离的传输中,由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器(EＤFＡ）,拉曼放大器（ＦRA),半导体激光放大器(SOＡ),光纤参量放大器(ＯPA)。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1)掺铒光纤放大器(EDＦA） EDFA（Erbiur Ｄｏpeｄ Fｉber Amplifeｒ)是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为１５5０nm,与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFＡ的核心原件，它以石英光纤作基质材料,并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Eｒ３+)。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时,Ｅr3+从低能级被激发到高能级,由于Eｒ3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550ｎm 光子的能量，所以只能发生１550ｎm光的受激辐射，也只能放大1５50nm的光信号。 EＤFA的组成: 工作原理图:

那么，ＥDFA的输出公路车是如何控制的呢？ 一般来说,EＤFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EＤＦA使用的过程中,一般要控制好EＤFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢？ 平坦的输出增益会使ＥDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益?增益的控制室有2种选择的,一种是掺金属元素,另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。

半导体测试理论

半导体测试理论1 测量可重复性和可复制性(GR&R) GR&R是用于评估测试设备对相同的测试对象反复测试而能够得到重复读值的能力的参数。也就是说GR&R是用于描述测试设备的稳定性和一致性的一个指标。对于半导体测试设备，这一指标尤为重要。 从数学角度来看，GR&R就是指实际测量的偏移度。测试工程师必须尽可能减少设备的GR&R值，过高的GR&R值表明测试设备或方法的不稳定性。 如同GR&R名字所示，这一指标包含两个方面：可重复性和可复制性。可重复性指的是相同测试设备在同一个操作员操作下反复得到一致的测试结果的能力。可复制性是说同一个测试系统在不同操作员反复操作下得到一致的测试结果的能力。 当然，在现实世界里，没有任何测试设备可以反复获得完全一致的测试结果，通常会受到5个因素的影响： 1、测试标准 2、测试方法 3、测试仪器 4、测试人员 5、环境因素 所有这些因素都会影响到每次测试的结果，测试结果的精确度只有在确保以上5个因素的影响控制到最小程度的情况下才能保证。 有很多计算GR&R的方法，下面将介绍其中的一种，这个方法是由Automotive Idustry Action Group(AIAG)推荐的。首先计算由测试设备和人员造成的偏移，然后由这些参数计算最终GR&R 值。 Equipment Variation (EV)：代表测试过程（方法和设备）的可重复性。它可以通过相同的操作员对测试目标反复测试而得到的结果计算得来。 Appraiser Variation (AV)：表示该测试流程的可复制性。可以通过不同操作员对相同测试设备和流程反复测测试所得数据计算得来。 GR&R的计算则是由上述两个参数综合得来。 必须指出的是测试的偏移不仅仅是由上述两者造成的，同时还受Part Variation（PV）的影响。PV表示测试目标不同所造成的测试偏差，通常通过测试不同目标得到的数据计算而来。 现在让我们来计算总偏差：Total Variation （TV），它包含了由R&R和PV所构成的影响。 TV = sqrt((R&R)**+ PV**) 在一个GR&R报表中，最终的结果往往表示成：%EV, %AV, %R&R,和 %PV。他们分别表示EV,AV,R&R 和PV相对TV的百分比。因此 %EV=(EV/TV)x100% %AV=(AV/TV)x100% %R&R=(R&R/TV)x100% %PV=(PV/TV)x100% %R&R如果大于10%，则此测试设备和流程是良好的；%R&R在10%和30% 之间表示可以接受；如果大于30%则需要工程人员对此设备和流程进行改良。 电气测试可信度（Electrical Test Confidence）

Ⅲ族氮化物半导体材料

Ⅲ族氮化物半导体材料 Zhe Chuan Feng Taiwan University ，ChinaⅢ-Nitride SemiconductorMaterials2006 ，428pp．Hardcover USDl20.00ISBN 1-86094-636-4Imperial College Press Ⅲ族氮化物半导体材料(Al ，In，Ga)N，(包括GaN、InN 、AlN 、InGaN 、AlGaN 和AIlnGaN 等)是性能优良、适宜制作 半导体光电子和电子器件的材料。用这种材料研究发展的高 功率、高亮度的蓝-绿-白发光管和蓝光激光器以及其他电子 器件和光电子器件近几年来均有很大突破，有的已形成了产 业。预期在本世纪内氮化物基的发光管有可能置换传统的钨 丝灯，这在照明领域是一次革命，将会极大地影响人们的生 活。 此书共有12 章，每章作者均是该领域的专家。全书内 容包括了Ⅲ-N 科学和技术的基础和各个重要的方面，主要内容有：1 Ⅲ族氮化物材料的氢化物汽相外延； 2 Ⅲ族氮化物材料外延的平面MOVPE 技术；3 GaN 和相关材料外延 的紧耦合喷头MOCVD 技术；4 Ⅲ-N 材料的分子束外延； 5 非极性GaN 薄膜和异质结的生长和特性； 6 InN 的高压CVD 生长、适时和非原位持性； 7 对InN 新的认识；8

AlxGal-xN 合金(x=O-1) 的生长和光/电特性；9 MOCVD lnGaN/GaN 量子阱结构的光学研究；1O 掺SiInGaN/GaN 量子阱结构的簇状纳米结构和光学特性；11 Ⅲ族氮化物的微结构和纳米结构；12 稀释氮化物半导体研究的新进展。 此书介绍了Ⅲ族氮化物材料的一些重要性能和关键生 长技术，指出了21 世纪以来Ⅲ族氮化物半导体的最新进展 和还有待研究解决的问题。适合从事Ⅲ族氮化物领域的研 究、教学、工程技术人员以及研究生、大学生阅读和参考。 孔梅影，研究员 (中国科学院半导体研究所) Kong Meiying ，Professor (Institute of Semiconductors ， the Chinese Academy of Sciences)

几种常见的光放大器的比较

对几类放大器的认识 在DWDM系统中，特别是超远距离的传输中，由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）,拉曼放大器（FRA），半导体激光放大器（SOA），光纤参量放大器（OPA）。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1）掺铒光纤放大器（EDFA） EDFA（Erbiur Doped Fiber Amplifer）是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA 工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Er3+）。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。 EDFA的组成： 工作原理图： 那么，EDFA的输出公路车是如何控制的呢？ 一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EDFA使用的过程中，一般要控制好EDFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益

有什么区别呢？ 平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益？增益的控制室有2种选择的，一种是掺金属元素，另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。 有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。 需要注意的是：EDFA在放大信号的同时也放大了噪声，而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OSNR劣化的主要原因。 放大器产生的自发辐射噪声功率为：PASE = -58 + NF + G （dBm） 其中NF为光放大器噪声系数（dB）、G为光放大器的增益（dB）

半导体光放大器(SOA)

半导体光放大器（SＯA) SOA的放大原理与半导体激光器的工作原理相同，也是利用能级间受激跃迁而出现粒子数反转的现象进行光放大。SOA有两种：一种是将通常的半导体激光器当作光放大器使用，称作F—P半导体激光放大器(FPA);另一种是在F—P激光器的两个端面上涂有抗反射膜,消除两端的反射,以获得宽频带、高输出、低噪声。 早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器偏振灵敏度较高，使得ＳOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏振敏感的缺点,性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30ｄB以上，而且在1310ｎｍ窗口和155０nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案,还可促成l３１0nｍ窗口WDM系统的实现。SOA的优点是：结构简单、体积小,可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟,成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3~1.6/μm 波段,这是ＥDFA或PDＦA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大,噪声及串扰较大且易受环境温度影响,因此稳定性较差。ＳOA除了可用于光放大外,还可以作为光开关和波长变换器。 2.拉曼光纤放大器拉曼放大技术是采用受激拉曼散射(SRＳ)这种非线性效应来进行放大的。石英光纤具有很宽的受激拉曼散射增益谱，并在13ＴＨz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内,弱信号光即可得到放大,这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。(１)拉曼光纤放大器的类型拉曼光纤放大器有两种类型:一种是集总式拉曼光纤放大器;另一种是分布式拉曼放大器。集总式拉曼光纤放大器所用的光纤增益介质比较短，一般在几km，泵浦功率要求很高,一般为几W左右，可产生40ｄＢ以上的高增益,可作为功率放大器,放大EDFA所无法放大的波段。分布式拉曼放大器所用的光纤比较长,一般为几十km，泵源功率可降低到几百ｍW，主要辅助EDFA用于WDＭ通信系统性能的提高,抑制非线性效应,提高信噪比。在WDＭ系统中,采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的入射功率，同时保持适当的光信号信噪比（OSNR)。(２)拉曼光纤放大器的优点?拉曼光纤放大器的增益高、串扰小、噪声系数低、频谱范围宽、温度稳定性好，将拉曼光纤放大器与常规EＤFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数,增加传输跨距。①增益介质为传输光纤本身,与光纤系统有良好的兼容性这使得拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大,构成分布式放大,实现长距离的无中继传输和远程泵浦,尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWＭ)效应的干扰。②增益波长由泵浦光波长决定,不受其他因素的限制理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光。所以拉曼光纤放大器可以放大：EDFA所不能放大的波段,使用多个泵源还可得到比ＥDＦA宽得多的增益带宽，对于开发光纤的整个低损耗区1260～16７５nｍ具有无可替代的作用。?总之,拉曼光纤放大器结合EDFA等稀土掺杂光纤放大器必将成为未来宽带、高速、长距离光通信传输实现光放大的理想方案。 ３．掺铒光纤放大器(EDFA) （1)掺杂光纤放大器简介?在介绍EＤFA之前,首先来了解以下掺杂光纤放大器的基本概念。掺杂光纤放大器又称为掺稀土离子光纤放大器，是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器。掺杂光纤放大器的原理与激光放大器的原理相类似。但掺杂光纤放大器的工作腔是一段掺稀土粒子光纤，细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长,

光放大器

光放大器 我们知道光纤有一定的衰耗，光信号沿光纤传播将会衰减，传输距离受衰减的制约。因此，为了使信号传得更远，我们必须增强光信号。传统的增强光信号的方法是使用再生器。但是，这种方法存在许多缺点，首先，再生器只能工作在确定的信号比特率和信号格式下，不同的比特率和信号格式需要不同的再生器；其次，每一个信道需要一个再生器，网络的成本很高。于是，人们希望有一种不使用再生器也可以增强光信号的方法，即光放大技术。 4.3.1 光放大器概述 光放大器简单地增强光信号，如图4-5。 图4-5 光放大器 光放大器的工作不需要转换光信号到电信号，然后再转回光信号。这个特性导致光放大器比再生器有两大优势。第一，光放大器支持任何比特率和信号格式，因为光放大器简单地放大所收到的信号。这种属性通常被描述为光放大器对任何比特率以及信号格式是透明的；第二，光放大器不仅支持单个信号波长放大－像再生器，而且支持一定波长范围的光信号放大。而且，只有光放大器能够支持多种比特率、各种调制格式和不同波长的时分复用和波分复用网络。实际上，只有光放大器特别是EDFA的出现， WDM 技术才真正在光纤通信中扮演重要角色。EDFA 是现在最流行的光放大器，它的出现把波分复用和全光网络的理论变成现实。 现在有两种主要类型的光放大器在使用：半导体光放大器（SOA）和光纤光放大器（FOA）。半导体光放大器实质上是半导体激光器的活性介质。换句话说，一个半导体放大器是一个没有或有很少光反馈的激光二极管。 光纤放大器与半导体放大器不同，光纤放大器的活性介质（或称增益介质）是一段特殊的光纤或传输光纤，并且和泵浦激光器相连；当信号光通过这一段光纤时，信号光被放大。光纤放大器又可以分为掺稀土离子光纤放大器（Rare Earth Ion Doped Fiber Amplifier）和非线性光纤放大器。像半导体放大器一样，掺稀土离子光纤放大器的工作原理也是受激辐射；而非线性光纤放大器是利用光纤的非线性效应放大光信号。实用化的光纤放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）和光纤拉曼放大器（Raman Fiber Amplifier）。 EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）掺铒光纤放大器作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数较低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点。它是大容量DWDM系统中必不可少的关键部件。 根据EDFA在DWDM光传输网络中的位置，可以分功率放大器（Booster Amplfier)，简称BA；线路放大器（Line Amplifier)，简称LA；前置放大器（preamplifier)，简称PA。 光纤拉曼放大器的增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大，其增益介质为传输光纤本身、噪声指数低。当与常规EDFA混合使用时可大

半导体测试原理

IC 测试原理解析 第一章数字集成电路测试的基本原理 器件测试的主要目的是保证器件在恶劣的环境条件下能完全实现设计规格书所规定的功能及性能指标。用来完成这一功能的自动测试设备是由计算机控制的。因此，测试工程师必须对计算机科学编程和操作系统有详细的认识。测试工程师必须清楚了解测试设备与器件之间的接口，懂得怎样模拟器件将来的电操作环境，这样器件被测试的条件类似于将来应用的环境。 首先有一点必须明确的是，测试成本是一个很重要的因素，关键目的之一就是帮助降低器件的生产成本。甚至在优化的条件下，测试成本有时能占到器件总体成本的40% 左右。良品率和测试时间必须达到一个平衡，以取得最好的成本效率。 第一节不同测试目标的考虑 依照器件开发和制造阶段的不同，采用的工艺技术的不同，测试项目种类的不同以及待测器件的不同，测试技术可以分为很多种类。 器件开发阶段的测试包括: 特征分析：保证设计的正确性，决定器件的性能参数; 产品测试：确保器件的规格和功能正确的前提下减少测试时间提高成本效率 可靠性测试：保证器件能在规定的年限之内能正确工作; 来料检查：保证在系统生产过程中所有使用的器件都能满足它本身规格书要求，并能正确工作。 制造阶段的测试包括: 圆片测试：在圆片测试中，要让测试仪管脚与器件尽可能地靠近，保证电缆，测试仪和器件之间的阻抗匹配，以便于时序调整和矫正。因而探针卡的阻抗匹配和延时问题必须加以考虑。 封装测试：器件插座和测试头之间的电线引起的电感是芯片载体及封装测试的一个首要的考虑因素。 特征分析测试，包括门临界电压、多域临界电压、旁路电容、金属场临界电压、多层间电阻、金属多点接触电阻、扩散层电阻、接触电阻以及FET 寄生漏电等参数测试。 通常的工艺种类包括: TTL ECL CMOS NMOS