半导体光放大器非线性失真特性实验研究
1015nm半导体激光放大系统的实验研究
ｌ ７ ． ３ ｄ Ｂ， 且 放 大 器 输 出 功 率 随 温 度 的 降低 而 增 大 。此 外 ， 还 观 测 了 半 导 体 光 放 大 器 输 出 功 率 的稳 定 性 ， 发 现 该 放 大 器 可 长 时 间 保 持 稳 定 工 作 。 因此 ， 该１ ０ １ ５ ｎ ｍ激光放 大系统可用于掺杂 稀土离子晶体的激光冷却 ， 四倍 频 后 还 可用
ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｅ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ． Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ５ Ａ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｐ ｔ ｏ １ ６ ０ ０ ｍＷ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｅ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ３ ０ ｍ Ｗ ａ ｔ １ ０ １ ５ ｎ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
陈 琳 钟 标 夏 勇 郑 公爵 石 艳 玲。 印 建 平
华 东 师 范 大 学 精 密 光 谱科 学 与 技术 国 家 重 点 实验 室 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ６ ２ 华东 师 范 大学 信 息 科 学 与技 术 学 院， 上海 ２ ０ ０ ０ ６ ２ 摘 要 报 道 了波 长 为 １ ０ １ ５ ｎ ｍ 的大 功率 单 频 半 导 体 光 放 大 器 的设 计 与 研 制 ， 实 验 研 究 了不 同注 入 光 功 率 和 不 同 温度 下， 放 大 器 输 出 光 功 率 与 注入 电流 的依 赖 关 系 。结 果 表 明 ： 当波长为 １ ０ １ ５ ｎ ｍ、 功率约为 ３ ０ ｍＷ 的 种 子 光 注 入 到半 导 体激光放 大系统中 ， 并 把 该 放 大 器 的注 入 电流 增 加 到 ５ Ａ时 ， 其 输 出的 激 光 功 率 高 达 １ ６ ０ ０ ｍＷ ， 相 应 的放 大 倍 数 可达
放大器非线性失真研究装置设计与测试
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 放大器非线性失真研究装置设计与测试臧竞之 李希平杭州广安汽车电器有限公司 浙江省杭州市 311402摘 要： 基于STM32F334单片机设计制作的一个放大器非线性失真研究装置。
该设计采用晶体管放大电路将信号源放大，使用四双向模拟开关（CD4066BM）做模拟开关，利用单片机自带ADC采集电压变化，用FFT 算法实现的低频谐波失真度的测量。
使用THD的计算公式计算出线性放大器的“总谐波失真”近似值。
通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度并且可以通过按键进行波形选择。
关键词：STM32F334单片机 晶体管 ADC采集 FFT算法1 系统方案论证1.1 方案描述信号源输出频率为1kHZ、峰峰值为20mV的正弦波，通过晶体管放大电路放大到峰峰值不小于2V，频率为1kHZ的无明显失真正弦波形，顶部失真波形，底部失真波形，双向失真波形，交越失真波形这5种波形[1]。
通过ADC采集电压变化，用FFT算法实现的低频谐波失真度的测量，使用THD计算公式计算出非线性失真的输出的“总谐波失真”近似值。
通过EKT043显示触摸屏显示当前输出波形和失真度。
如图1所示。
1.2 方案比较与选择1.2.1 失真度测量方法的比较与选择方案一：失真度计以模拟法为基础，采用基于基波抑制原理的基波抑制方法，通过频率选择性无源网络抑制基波，并从抑制基波后的总均方根电压和均方根谐波电压中计算失真度，基波抑制法构成的失真度测量仪可以解决频率范围为100Hz～10KHz、失真度为1×10-5～100％的总体谐波失真测量，测量准确度为±5％～±30％左右，测量较为方便。
方案二：采用快速傅立叶变换（FFT）算法对量化后的信号进行处理，得到基波和各次谐波的电压，从而计算出失真度[2]。
为了提高非整周期采样条件下失真度测量的精度，可以采用准同步法对被测信号的基波和谐波电压进行精确测量。
光通信技术实验报告
光通信技术实验报告实验一光通讯系统WDM系统设计实验目的1.熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。
2.使用OptiSystem模拟仿真WDM系统的各项性能参数，并进行分析。
实验原理光波分复用系统简介光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。
波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。
WDM光通信结构组成1)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长通过。
可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。
在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。
要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。
2)复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合的信号分离成单个波长供光接收机处理。
一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。
实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。
实验软件介绍OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。
一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。
它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用的工具。
功率放大器非线性失真特性研究
功率放大器非线性失真特性研究功率放大器是电子设备中一种重要的电路，可以将信号的电压或电流进行放大，并输出到外部电路中。
随着科学技术的不断发展，功率放大器的应用范围越来越广泛。
但是，功率放大器中存在着非线性失真的问题，这会对信号的传输产生负面影响。
本文将就功率放大器非线性失真特性进行深入探讨。
一、功率放大器的工作原理功率放大器主要由直流供电、输入信号放大、输出阶段等组成。
在工作时，信号被输入到输入端，并通过输入信号放大器进行放大，然后被输送到输出阶段，并从输出端输出。
在放大过程中，功率放大器需要保证输出信号与输入信号之间的线性关系，否则就会出现失真现象。
但是，有些因素会导致功率放大器出现非线性失真，如功率放大器本身的非线性特性、电容和电感等元件的非线性特性、信号的过载等。
二、功率放大器的非线性失真特性1.交叉失真交叉失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交叉产生失真引起的失真。
这种失真主要由功率放大器的非线性特性引起。
当两个不同频率的信号同时存在于功率放大器中时，会产生交叉相位，这会导致交叉失真的发生。
2.截止失真截止失真是指输出信号的幅度不能随着输入信号的幅度而无限制地增加。
当输入功率达到一定程度时，输出功率开始波动，无法再继续增加。
这种失真主要由功率放大器的内部电压限制引起，当电压超过一定限制时，输出信号的幅度就无法再随着输入信号的幅度而增加。
3.交调失真交调失真是指两个频率不同的信号在功率放大器内交互作用产生失真引起的失真。
当两个不同频率的信号同时作用于功率放大器时，会在放大器内产生交互作用，导致交调失真的发生。
三、功率放大器非线性失真控制方法1.负反馈负反馈是一种消除失真的方法，它可以通过将一部分输出信号输入到功率放大器的输入端进行控制，从而减小输出信号与输入信号之间的误差。
负反馈可以降低失真程度并提高整个系统的线性度，但它不能彻底消除失真。
2.滤波滤波是一种消除失真的方法，它可以将出现于功率放大器输出端的失真信号进行筛选，只保留有效信号而滤去失真信号。
光纤通信中功率放大器非线性效应研究
光纤通信中功率放大器非线性效应研究随着科技的不断发展，人们对于通讯技术的需求越来越高，这就催生了一大批新型通讯技术产品。
其中，光纤通信技术作为一种高效、稳定、安全的通讯技术，被越来越多的人所使用和关注。
而在光纤通信中，功率放大器是一个非常重要的组成部分。
在这篇文章中，我们将关注光纤通信中功率放大器的一个重要问题——非线性效应。
1. 光纤通信的优势光纤通信具有带宽大、传输距离长、速率高、安全性高、抗干扰性强、节能环保等优势，而且波长是在可见光和红外线之间的波段，也就是说，它的通信信号是无法被人类肉眼所识别的，可以保证信息的安全性，因此在电信、广播电视等领域具有广泛应用。
在光纤通信中，信号被数字化并通过光纤间传输，在光纤到达终点之前需要进行放大处理。
而此时，功率放大器的作用就显得尤为重要。
2. 功率放大器的类型常见的光纤通信中的功率放大器有半导体光放大器、放大器阵列、广域放大器以及半导体光放大器，其中半导体光放大器最为常见。
半导体光放大器采用激光二极管做泵浦源，利用半导体材料特有的光放大效应将输入和输出放大，其放大效果比其他放大器更为优良。
不过，半导体光放大器也有一些缺点，其中最为突出的就是非线性效应。
3. 非线性效应的原因功率放大器中的非线性效应主要由光子的非线性作用引起。
在功率放大器中，放大器中的光子浓度会随着泵浦光功率的不断增加而增强，从而导致聚集效应。
当光子浓度达到一定值时，由于光子之间的相互作用，会导致局部波长切换现象，这就是非线性效应。
4. 非线性效应的危害非线性效应会导致光通信信号的形状失真，幅度和频率出现变化，从而使光信号质量下降。
因此，需要对功率放大器的非线性效应进行研究和解决，才能保证光通信的稳定性和可靠性。
5. 常见的解决方案在光纤通信中，有多种方式可以解决功率放大器的非线性问题。
其中比较常见的解决方案有以下几种。
（1）降低放大器的功率：通过降低功率来减少非线性效应的产生。
（2）使用非线性效应小的波长：使用非线性效应小的波长，比如L波段、C波段等，可以减少非线性效应的产生。
放大器的非线性失真
放大器的非线性失真放大器是电子设备中非常重要的一个组件，其主要功能是将输入信号放大到更大的幅度。
然而，放大器并非完美，可能会引入一些非线性失真。
非线性失真是指输出信号的波形不同于输入信号的波形。
这是由于放大器的非线性特性导致的。
在放大器中，输入信号经过放大后，通过输出。
然而，由于电子元件本身的限制，例如晶体管和功率放大器，放大器输出信号可能会有所改变。
在放大器中，主要的非线性失真包括谐波失真和交叉失真。
谐波失真是指输出信号中存在放大倍数倍数的谐波。
例如，在音频放大器中，输入信号通常是一个正弦波。
然而，由于非线性特性，放大器的输出信号可能会包含原始信号的倍数倍数的谐波，如二次谐波（2倍频）、三次谐波（3倍频）等。
这些谐波信号可能会影响到音频的质量和听觉体验。
交叉失真是指输出信号中存在于不同频率信号之间的非线性交叉成分。
例如，在无线电通信中，多个信号可能同时进入放大器，如果放大器的非线性特性导致不同频率信号之间相互干扰，就会产生交叉失真。
这种失真会降低信号的清晰度和准确性。
为了减少非线性失真，可以采取一些措施。
其中一种方法是使用负反馈。
负反馈是在放大器的输出和输入之间引入一个反馈回路，将一部分输出信号作为输入信号的补偿。
这样可以减少放大器输出信号的非线性失真。
此外，还可以采用线性化技术，如预失真。
预失真在输入信号之前对其进行处理，以补偿放大器的非线性特性。
这样可以改善放大器的线性度，减少非线性失真。
总之，放大器在工作过程中可能会引入非线性失真，如谐波失真和交叉失真。
为了减少这些失真，可以采取一些方法，如负反馈和预失真技术。
通过这些措施，可以提高放大器的线性度，提供更清晰、准确的输出信号。
当今，放大器在电子设备中的应用范围非常广泛，涵盖了从音响系统到通信设备等多个领域。
然而，尽管现代放大器已经越来越先进，但非线性失真仍然是一个不可避免的问题。
首先，让我们深入了解谐波失真。
在放大器系统中，谐波失真是一种主要的非线性失真形式，它指的是输出信号中存在于输入信号频率的倍数倍频的谐波。
半导体光放大器非线性效应探讨
探 讨 了基 于 半 导 体 光 放 大 器非 线 性 效 应 的 波 长 转 换 器 的 工 作 原 理 ．
关键 词：半导体 光放 大器 ；非线性 效应 ；波长转换器 中图分类号 ：Ｔ ４ ． Ｎ ２ ８１ 文献标 志码 ：Ａ 文 章编号 ：１ ０ — ２ １２ １ ） ２ ０ １— ３ ０ ６ ５ ６ （０ ０ ０ — ０ ３ ０
・
１ ４・
张晓伏 ，王其华 ：半导体光放大器非线性效应探讨
半导体光放大器 的饱和能量一般为 ５ １ Ｊ 由（） ～０ ． ５ ｐ 式可看 出，短脉冲注入 时半导体光放大器 的增益急剧 减小 ， 增益的跳变完全决定于注入短脉冲的能量变化 ，
１ ． 自相位调制 （ Ｐ ） ．３ ２ ＳＭ
１ ． 增益饱 和 ．１ １
在半导体 光放 大器中除 了通常 的带间增益饱 和还 存在 带内增 益饱 和 ，典型的有动态载流子加热和光谱
腔长 、增加一路连续光 （ 通常 叫做保 持光 ）或增加一 路辅助光等 ． １ ． 短光脉冲引起的增益饱和 ．２ １ 在光脉冲引起增益饱和的极短时间内 ，可忽略（） １ 式等号右侧的前两项 ．假定载 流子密度 的变化仅取决
纪 ９ ０年代在光纤通信 的推 动下半 导体 光放大器 的性 横 向增益 分布均匀 ，只考虑半导体光放大器长度方 向 能得 以迅速提高 ．半导体光放 大器体 积小 ，功耗 低 ，
上 的增益 变化 ，则只需求得某一位置单位横截面上 的
能与其他半导体光 电子器件集成 ，价格适 中，这些特 载 流子数 Ｍ ） ｔ ｔ可以通 过在半 导体光放大器长 ．Ｎｏ ） ｔ （ 点使得它 比光纤放大器具有更大 的优势 ，也促使 人们 度方 向上 的积分获得 ，即 不断地完善它 的性能 ，拓宽它 的应用领域 ．半导 体光
半导体光放大器的非线性分析
Ａ ｌＬＬＥＹ 爨嚣 【 科技创新论坛 】
半 导 体光 放 大器 的非 线 性 分析
侯
（ 陕西省行政学院
婕
陕西 西安 ７０６） １０ ８
摘
要 ： 近 些年来 ，在对 半导体光放 大器 的光学非线 性特性 的研究 方面，我们 取得很 大的进步 。一系 列很有潜 力的应用 已经被 我们开 发出来 ，包 括波长变
加 ，放大 器 的增 益将增 加 ，但 电流 增加 到 某一值 后 ，增 益受 到抑 制 ，进一
半 导体 光放 大器 是用 向半 导体活 性层 注入 载流 子生 成反转 分布 状态 ， 光信 号被 感应产 生 并放 大后 输 出的器 件 它 比光 纤放 大器 的体 积更 小 ，功 耗更低 。它是 利用和 光 通信 用 的半导 体激 光器 相类 似 的工 艺制 成 的 。和 石 英 光纤 放大 器相 比，半 导体 光放 大器 更适 于基 干长 距离 传送 系统 ，并适 于 光 纤 网络 高性 能化后 光部 件多 且性 能各异 的情况 。 利用 半 导体光 放大 器 ，有利 于光通 信性 能 的扩大 ，体 积减 小 ，功耗 降 低 和成本 降 低利 用半 导体 光放 大 器对４ ｍ 级 电流 和 Ｉ （ 成 电路 ） 电流 的 ０Ａ Ｃ 集 控制 ，制 成 了ｎ 级高速 开 关的光 控制 门，获 得４ ｄ的 高开／ 比。最 近还做 ｓ ０Ｂ 关 出 高密度集 成 的矩 阵型 光开 关和 波长选 择器 等高 性能光 模块 。 目前 主要 的研究 都是 基于 半导体 光 放大器 的 非线性 理论 的研 究 ，以及 应用 这些 非线 性效 应来 进行 波 长变 换 ，全光 逻辑 门，光逻 辑 开关 ，全 光再 生 ，时钟 复变 等 。研 究 的 内容有 的从 理 论方程 入 手 ，有 的从实 验环 境 的搭 建入手 等等 ，来推 导 出输入与 输 出的关系 。 １半 导体 光放大 器增 益特性 半 导体 光放 大 器 （Ｏ ）具有 良好 的非线 性特 性 ，及 用 来集 成 光子 器 ＳＡ 件 ，可 实现 光逻 辑运 算 功能 ，并 在其 它领 域也 有着 广泛 的 应用 。与 其它 非
放大电路失真现象及改善失真的研究报告
图2.8(a)正半周期工作等效电路图2.8(b)负半周期工作等效电路
e)谐波失真
指原有频率的各种倍频的有害干扰。由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分〔谐波〕，致使输出波形走样。
a)
二、
a)饱和失真
晶体管有三个工作区：饱和区、截止区和放大区。如图2.4为正常放大情况下的特性曲线。对于共射极的根本放大电路，其输入波形正好与输出波形反相，当输入正弦波正的局部时，应该输出负的局部，而当输入的峰峰值较大的时候，超过了电路的动态围，就会出现失真。如果是输入信号的正半周超出了动态围，即Q点取值靠左上方，那么就会进入晶体管的饱和区，造成饱和失真，如图2.5，反映到电流上就是顶部失真，对应的输出信号由于相位差180度的原因，所以输出信号的负半周的波形失真即底部失真。
放大器的实际输入信号通常是由许多频率分量按照一定的幅度比例关系和相位关系叠加而成的非正弦信号。在放大器中由于器件的电抗效应和电抗性元件的存在，使得放大器对不同频率信号具有不同的放大能力，即放大器的增益随频率不同而改变。影响低频增益的主要因素是耦合电容和旁路电容，影响高频增益的主要是结电容和引线等的杂散电容。为了减小这些因素带来的频率失真，使输入信号中的上下频分量均获得与中频同样的增益，必须展宽放大器的通频带，使其在工作频率〔如音频为20HZ-20KHZ〕近似满足无失真传输条件。
f)互调失真
指由放大器所引入的一种输入信号的和与差的失真。例如，在给放大器输入频率为1kHz和5kHz的混合信号后，便会产生6kHz〔1kHz和5kHz之和〕及4kHz〔1kHz和5kHz之差〕的互调失真成份。
如图2.9，两个不同频率〔分别为800Hz和1300Hz〕的信号同时经过放大器，由谐波失真讨论可知：放大器的输出信号中，除了原本的这两个信号之外，还增加了800Hz的各次谐波和1300Hz的各次谐波。而除此之外，实际上还出现了新的不需要的频率，就是输入信号的“和频〞和“差频〞，即频率为2100Hz和500Hz的信号，这就是由于互调失真引起的。在实际应用中，这种互调失真显然是越小越好。
非线性特性交调失真是功率放大器的有害现象尽管交调失真在任何放大器中都会发有源器件的非线性特。。。
合肥工业大学硕士学位论文宽禁带GaN HEMT F类功率放大器设计姓名:王聪聪申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:单承赣20090301宽禁带类功率放大器设计摘要功率放大器是无线通信系统的关键部件,它的性能是制约整个系统性能和技术水平的关键因素。
随着无线通信系统的快速发展,人们对功率放大器的效率和功率提出了更高的要求,传统的半导体材料的性能显现出不足,新的第三代半导体材料应运而生。
第三代半导体材料宽禁带具有击穿电压高、功率密度大、电子饱和漂移速度高等优点,非常适合于制作高频率、大功率和高效率的电子器件,因此功率放大器逐渐成为研究热点。
在对器件的半导体特性和大信号模型进行分析,阐述了功率放大器的理论基础。
功率放大器根据工作方式可以分为线性功率放大器和开关模式功率放大器。
经典的线性功率放大器主要分为类、类、类和类放大器,开关模式功率放大器主要分为类、类和类放大器。
对以上所有类型的放大器性能进行分析,类放大器在理想情况下漏极效率达到 %,并且类放大器的输出匹配网络具有谐波抑制的作用,类功率放大器适合应用于设计高效率非线性的功率放大器。
采用最平坦波形近似技术和谐波控制理论分析和设计类功率功率放大器。
类功率放大器的漏极峰值电压很大,但是由于器件的击穿电压很高,所以在设计类放大器选用器件具有明显的优势。
根据功率放大器的设计目标,选择合适的晶体管。
基于晶体管的大信号模型,通过负载牵引和谐波平衡技术,设计一款工作在波段的类功率放大器。
最后通过仿真工具对所设计的类功率放大器的性能进行仿真和测试,附加效率达到%,输出功率达到,性能指标良好,达到大功率高效率的要求。
关键词:,负载牵引,类功率放大器,, ..、矾, ,...曲 ..., ,. .,,, .%, ? ?. 曲,.,.. ,,. ,..%,? .,; ; ;:插图清单图.在.波段的功率密度年度变化图图.最新微波固态器件及电子管的功率.频率特性图. 优值?图. 性能评估??..图.放大器的输出功率与输入功率的函数关系?图.简化的单极放大电路?图.放大器交调失真示意图图.三阶交调点与基波输出功率的关系?图.绝对稳定条件示意图?图.输入稳定性圆划分出的稳定区和非稳定区?图.输出稳定性圆划分出的稳定区和非稳定区?图.线性功率放大器电路拓扑结构图图.最大效率与导通角关系曲线图图. 类放大器电压电流波形图?图. 类放大器电压电流波形图?.图. 类放大器电压电流波形图?.图.电流开关型类功率放大器结构图..图.漏极电压电流波形图?..图. 漏极电压电流波形图?..图.并联电容型类功率放大器?.图.理想情况下类放大器漏极电压和电流输出波形..图.理想放大器集电极电压和电流波形??。
放大器非线性失真检测系统
*3 3 2 1
P3
B5 bc
GND
-5
OUT
GND
-5
+5
GND
1 2 3 4 5 6 7 8
Y4 Y6 Z Y7 Y5 E* VEE GND
VCC Y2 Y1 Y0 Y3 S0 S1 S2
16 15 14 13 12 11 10 9
HC4052
1 2 3 4 5 6 7 8
Y4 Y6 Z Y7 Y5 E* VEE GND
VCC Y2 Y1 Y0 Y3 S0 S1 S2
16 15 14 13 12 11 10 9
HC4052
+5A3
A2
A1
A4 S0
*2
S1 S2
3 2 1
P3
+5 C3 C2 C1 C4
S0 S1 S2
+ +
D1 D2 D3 D4 D5 R2 1K
R4 R5 R6 R7 R8 479 525 534 1k 676
良好性能的放大器已经成为了当前的一个热门研究课题，与
此同时各个行业对其性能指标的要求也日渐严格。如要求放
大器能够达到较高频率、信号稳定性强、转换速度快，无非
线性失真、功率和频谱利用率高等目标。当放大器处在理想 工作情况下，其输入信号的波形应与输出信号的波形一致。
放大器非线性失真研究装置
计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书放大器非线性失真研究装置武慧玲（湖南农业大学信息与智能科学技术学院，湖南长沙410128）摘要：该装置是甲类放大电路与互补推挽电路共同组成的多级晶体管放大器，用来实现信号的非线性失真研究。
系统采用stm32f103c8t6为主控，继电器作为参数切换开关，可以实现无明显失真、顶部失真、底部失真、双向失真以及交越失真。
通过AD 端口采集谐波分量，利用算法分析计算非线性失真度，用oled 显示上述五种波形总谐波失真的近似值。
最终测试结果表明：该装置可以出现无明显失真和四种失真波形且该装置的非线性失真程度较小。
关键词：放大器；非线性失真；谐波分量计算；自动采集；算法分析中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2021)13-0249-02开放科学（资源服务）标识码（OSID ）:放大器主要用于通信、广播、雷达、自动控制等装置中。
实际中常常需要把一些微弱信号，放大到便于测量和利用的程度[1]。
放大器的作用如此之多，对放大器的研究是十分有必要的。
本设计采用简单的晶体管和阻容元件并运用晶体管放大电路原理[2]设计出一款适用于研究放大器非线性失真的装置。
本装置可以研究放大器的顶部失真、底部失真、双向失真以及交越失真，满足放大器出现的五种非线性失真研究。
1系统方案1.1系统总体设计该系统主要由信号源，晶体管放大器和微控制器组成。
信号源由数字信号发生器产生输入晶体管放大器，晶体管放大器放大电路前端电路使用甲类放大电路，后端使用推挽电路，前端电路和后端电路共同作用使放大信号出现无明显失真波形和四种非线性失真波形。
系统工作原理框图如图1所示，由stm32微控制器控制驱使继电器开关，继电器控制参数改变特定电阻，从而改变每一级的静态工作点产生失真现象，按键和OLED 屏实现人机交换，按下按键切换模式转换不同波形模式，同时stm32微控制器采样输出的非线性失真谐波，用oled 显示测量出的THD 数值。
放大器非线性失真研究装置
0 引言放大器处在理想工作状态时，其输入信号应与输出信号波形一致。
而在实际电路工作时，放大器的输入信号与输出信号的波形总会存在一定的差别，这种现象叫失真。
造成非线性失真的原因主要有两个：(1)晶体管等特性的非线性；(2)各部分电路静态工作点不同，导致模块的工作电平超出了其内部晶体管的线性工作范围。
本次设计通过改变偏置电路来改变静态工作点，从而实现四种失真现象。
1 系统构成此设计的系统框图如图1所示。
图1 系统框图本设计将交流220V 经过变压、整流与稳压滤波后产生12V、-12V、5V、-5V 电压，以此作为电源模块。
输入端输入正弦波信号后，通过按键控制通道选择输出原始信号还是放大电路模块的输出信号，并将波形在示波器上显示。
其中，放大电路模块使用4051模拟开关，实现对顶部失真、双向失真、底部失真、正常放大、交越失真等5类放大电路通道的自动轮询或人工切换，同时对所选通道的放大电路输出信号进行AD 采集，通过STM32F4核心板处理采集的AD 信号并进行FFT 运算，最后求得输出信号的THD 值并显示在TFTLCD 液晶屏上。
2 硬件设计本装置由STM32F407核心控制板、晶体管及偏置电路组成，通过改变五个通道的放大器偏置电路调节静态工作点，实现“无明显失真”、“顶部失真”、“底部失真”、“双向失真”、“交越失真”五种波形。
2.1 控制部分STM32F407单片机基于高性能32位RISC 内核，拥有168MHz 主频、1MFLASH、64KRAM、18路12位ADC 等外设，尤其适用于浮点运算及DSP 处理的应用。
此外，STM32F4具有更快的模数转换速度。
value of 20mV as the input signal of the transistor amplifier, and outputs a non-distorted waveform with a peak-to-peak value of no less than 2V as well as the other four distortion waveforms. It can calculate the THD by FFT method after sampling the output signal through the AD converter. This device is composed of MCU STM32F407, transistors and bias circuit.By adjusting the static working point of each amplifier, it could output one of 5 signals including “No obvious distortion”、“Top distortion”、“Bottom distortion”、“bidirectional distortion”、“Crossover distortion” via 4051 analog switch. The waveform and THD values are displayed on the LCD.Keywords: Nonlinear distortion;STM32F407; FFT ;THD ;Transistor Amplifier导通阻抗和很低的截止漏电流的 CD4051单端8通道电子开关，它有A、B 和C 三个二进制控制输入端以及INH 共4个输入。
放大器的线性失真与非线性失真概念的理解
放大器的线性失真与非线性失真概念的理解一个理想的放大器，其输出信号应当如实的反映输入信号，即他们尽管在幅度上不同，时间上也可能有延迟，但波形应当是相同的．但是，在实际放大器中，由于种种原因，输入信号不可能与输入信号的波形完全相同，这种现象叫做失真．放大器产生失真的原因主要有2 个：①放大器件的工作点进入了特性曲线的非线性区，使输入信号和输出信号不再保持线性关系，这样产生的失真称为非线性失真．②放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真成为线性失真．非线性失真产生的主要原因来自2 方面：①晶体管等特性的非线性；②静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大．由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4 种：饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真。
当电路有非线性失真时，输入正弦信号，输出将变成非正弦信号．而该非正弦信号是由基波和一系列谐波组成的，这就是非线性失真的特点．一个电路非线性失真的大小，常用非线性失真系数r 来衡量．r 的定义为：输出信号中谐波电压幅度与基波电压幅度的百分比．显然r 的值越小，电路的性能也就越好．其次，由于放大电路中有隔直流电容、射极旁路电容、结电容和各种寄生电容，使得它对不同频率的输入信号所产生的增益及相移是不同的．这样，当输入信号是非正弦波时，即使电路工作在线性区，也会产生失真，称为线性失真。
另外一种说法：通常放大器的输入信号是多频信号，如果放大电路对信号的不同频率分量具有不同的增益幅值或者相对相移发生变化，就使输出波形发生失真，前者称为幅度失真，后者称为相位失真，两者统称频率失真。
频率失真是由电路的线性电抗元件引起的，故称线性失真，其特征是输出信号中不产生输入信号没有的新的频率分量。
非线性失真：是由放大器件的非线性或者负载的非线性而引起的波形失真称为非线性失真。
非线性失真的特征是产生新的频率分量，即产生输入信号的单频分量为基波分量的高次谐波分量。
放大器的非线性失真doc10页.doc
放大器的非线性失真非线性失真是模拟电路中影响电路性能的重要因素之一。
本章先从非线性的左义入手, 确左量化非线性的一个度量标准，然后研究放大器的非线性失真及其差动电路与反馈系统中 的非线性，并介绍一些线性化的技术。
12.1概述非线性的定义电路非线性是指输岀信号与输入信号之比不为一个常量，体现在输出与输入之间的关系 不是一条具有固立斜率的直线，或体现为小信号增益随输入信号电平的变化而变化。
放大器的非线性左义：当输入为正弦信号时，由于放大器(管子)的非线性，使输出波 形不是一个理想的正弦信号，输岀波形产生了失真，这种由于放大器(管子)参数的非线性 所引起的失真称为非线性失真。
由于非线性失真会使输出信号中产生髙次谐波成分，所以又 称为谐波失真。
非线性的度量方法1泰勒级数系数表示法：用泰勒级数展开法对所关心的范用内输入输出特性用泰勒展开来近似:y(t) = a x x(t) + a 2x 2 (r)+a 3x 3 (/) + •・・ 对于小的勒y(t)切m 表明a 是心0附近的小信号增益，而如，如等即为非线性的系 数，所以确定式(12.1)中的如他等系数就可确定。
2总谐波失真(THD)度量法即输入信号为一个正弦信号，测量英输出端的谐波成分，对谐波成分求和，并以基频分 量进行归一化来表示，称为“总谐波失真\THD)0把x(t)=Acoscot 代入式(12.1)中，则有:y(t)=务Acosef + a 2A 2 cos 2 coi + a y A y cos 3 cot + -・=a.Acoscot + ——[1 + cos(2 曲)]+—[3cosdX + cos06X)] + •… 2 4由上式可看出，髙阶项产生了高次谐波，分别称为偶次与奇次谐波，且〃次谐波幅度近 似正比于输入振幅的〃次方。
例如考虑一个三阶非线性系统，其总谐波失真为：(a 2A 2/2)2 +(a 3A 3/4)2 (a {A + 3a 3A^4)23采用输入/输出特性曲线与理想曲线(即直线)的最大偏差来度量非线性。
放大器非线性失真研究装置的设计
放大器非线性失真研究装置的设计
韩芝侠;武轩;陈友友;雷雨
【期刊名称】《信息系统工程》
【年(卷),期】2022()1
【摘要】目的:为了对晶体管放大电路非线性失真进行研究。
方法:基于STM32单片机设计了该装置,包括直流电源、采集测量模块、晶体管放大电路、液晶显示屏、继电器、蓝牙模块。
在Multisim环境下完成了晶体管放大电路仿真,进行了硬件电路设计、软件编程和系统联调。
结果:外接信号源提供正弦波作为输入信号,由手机APP通过蓝牙模块发送指令,单片机控制继电器动作,改变放大电路偏置电阻;外接示波器观测放大器输出端,产生了无明显失真的正弦波、顶部失真、底部失真、双向
失真、交越失真共五种波形;同时在液晶显示屏上实时显示相应波形的名称;手机APP每发送一次指令,蜂鸣器就会响一下,达到提示报警的目的。
结论:此装置使用简单,调节方便,直观展示了放大器非线性失真的过程,对人们研究非线性失真以降低其危害大有帮助。
【总页数】4页(P81-84)
【作者】韩芝侠;武轩;陈友友;雷雨
【作者单位】宝鸡文理学院电子电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.一种放大器非线性失真研究装置设计
2.一种放大器非线性失真研究装置设计
3.一种放大器非线性失真研究装置设计
4.放大器非线性失真研究实验装置设计
5.放大器非线性失真研究装置设计与测试
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9放大电路的非线性失真分析
输出幅度
t
3. 输出功率和功率三角形
放大电路向电阻性负载提供的输出功率:
Vom I om 1 Po Vom I om 2 2 2
在输出特性曲线上，正好 是三角形ABQ的面积，这一
三角形称为功率三角形。
要想PO大，就要使功率三 角形的面积大，即必须使Vom 图 03.15 功率三角形
和Iom的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。 截止失真
(a)饱和失真
(b)截止失真
图 02.02.14 放大器截止失真和饱和失真(NPN晶体管)
（动画3-3）
1.2 非线性失真系数
放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系， 不能产生失真。 由于三极管存在非线性，使输出信号产 生了非线性失真。 非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下， 输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值 与基波分量之比，用THD表示，即
i C mA
IC1 IB1
i C mA
IC1
2
ICQ
1
IC2
Q
IBQ
交流负载线
IB2
ICQ
0
O
2 4 6 UCEQ
8 10 12
IC2 u CE V O
t
u CE V
静态工 作点位于放 大区的中央， 交流负载线 不能太陡， 也不能太平 坦，这样才 能得到较大 的输出电压 幅度和输出 电流幅度。
（动画3-4）
THD
2 2 U2 U3 100% U1
2. 放大电路的最大不失真幅度
放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1. 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； 2. 要有合适的交流负载线的斜率。
半导体光放大器的非线性研究及其应用的开题报告
半导体光放大器的非线性研究及其应用的开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展，光通信已经成为现代信息通信领域的重要组成部分。
在光通信中，光放大器是不可或缺的关键元件之一，它可将发射功率较低的光信号放大，从而使信号能够远距离传输。
目前，半导体光放大器是光通信中应用最广泛的光放大器之一，它具有体积小、功耗低、带宽宽、响应速度快、可调节等优点。
然而，由于非线性效应的存在，在半导体光放大器中产生的非线性失真会严重影响信号传输的质量和可靠性。
因此，研究半导体光放大器的非线性特性，理解其产生的原因，提高其非线性容限，对于光通信的发展至关重要。
二、研究目的本研究的主要目的是探究半导体光放大器的非线性特性，理解其机理，同时研究非线性失真对光信号传输的影响，寻找提高光放大器的非线性容限的方法。
具体目标包括：1.研究半导体光放大器的非线性特性，分析其机理和相互作用；2.实验测试半导体光放大器在不同输入光功率下的非线性响应，分析其非线性失真特点；3.探究非线性失真对光信号传输的影响，研究非线性补偿技术；4.提出提高半导体光放大器的非线性容限的方法，寻求实现高质量光信号传输的途径。
三、研究内容1.半导体光放大器的非线性特性研究；2.实验测试半导体光放大器的非线性响应；3.分析非线性失真对光信号传输的影响，研究非线性补偿技术；4.提出半导体光放大器的非线性容限提高方法。
四、研究方法1.文献调研：查阅相关文献，分析半导体光放大器的非线性特性和失真机理；2.实验测试：设计实验方案，搭建实验平台，对半导体光放大器的非线性响应和失真进行测试；3.数据分析：对实验结果进行数据分析，并结合理论进行分析和解读；4.提出改善方法：根据研究结果，提出改善半导体光放大器非线性容限的方法。
五、研究意义本研究可深入挖掘半导体光放大器的非线性特性，理解其失真机理，为实现高质量光通信做出贡献。
具有以下意义：1.能提高光通信系统的可靠性和稳定性；2.可以加速光通信技术的发展，推动其广泛应用；3.对于研究光学非线性及其应用具有重要意义。
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当输入光信号波长位于ＳＯＡ增益谱下降沿且 输入光信号功率较大时，ＳＯＡ放大ＡＭ—ＶＳＢ视频 光信号所引入的非线性失真主要由其增益随输入光 信号功率变化而波动所造成．针对这一特点，本文设 计了适合于ｌ ３１０ ｎｍ ＡＭ—ＶＳＢ有线电视系统使用 的ＳＯＡ．相关实验研究结果表明：在３００ ｍＡ的工作 电流下，ＳＯＡ在载频６４７．２５ ＭＨｚ处引入的ＣＳ０失 真在一４２ ｄＢ～一３８ ｄＢ之间，并且随输入光信号功 率的增加而变大．ＳＯＡ的应用使得系统的ＣＳＯ指
高阶信号分量，产生二阶谐波失真（２ＨＤ）或高阶谐
波失真． 使用平方律光接收机时，ＣＳＯ与２ＨＤ之间关
系可表示为［９３
ＣＳＯ，一２０１９（２Ｈ耽·￣／Ｍ）
（１）
式中Ｎ。为频道ｋ内ＣＳＯ产物总数．
ＳＯＡ用于ＡＭ—ＶＳＢ视频光信号放大时主要产
生两种不同机理的非线性失真：１）与掺铒光纤放大
器（ＥＤＦＡ）类似，由ＳＯＡ增益谱的不平坦和光发射 机中激光器啁啾共同作用所引起的非线性失真；２） 由于ＳＯＡ的载流子寿命短，其增益对信号的调制 响应迅速，即ＳＯＡ的瞬态增益将随输入光信号功
马
己 Ｚ
图３ 噪声指数随输入信号光功率的变化关系
Ｆｉｇ．３ Ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ ｖｓ ｉｎｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ
万方数据
光子学 报
３７卷
－－３ ｄＢ带宽为５９．２ ｎｍ，光谱纹波小于０．２ ｄＢ．为一 ２．４ ｄＢｍ（Ｘｆｆ应饱和输出光功率为１３ ｄＢｍ），偏振灵敏 度小于０．５ ｄＢ，噪声指数小于７．０ ｄＢ．
２实验结果及分析
２．１实验方案 图４为ＳＯＡ用于ＡＭ－ＶＳＢ视频光信号放大的
系统实验装置，主要包括ＡＭ－ＶＳＢ信号源、光发射 机、光耦合器、光衰减器、光隔离器、ＳＯＡ组件、光滤 波器和光接收机等线路设备与器件，以及光谱仪、光 功率计、ＣＡＴＶ信号分析仪和电视接收机等测试仪器 组成．
实验中采用了武汉有线关山分前端提供的
的功率变化所引起的波动，Ｇ为平均增益，Ｐ。。，为
饱和输出光功率，ｒ。为载流子寿命．
载频为∞。的对应频道带内产生的２ＨＤ。为［１２］
２ＨＤ，２丽忑ｍＡ丽Ｇ，
（３）
式中ｍ为光发射机中激光器的调制度． 式（２）和式（３）分析表明：当ＳＯＡ的输出光功
率饱和时，增益波动的幅值达到最大，机理二所引入 的ＣＳＯ失真亦达到最大．故在放大ＣＡＴＶ信号时， 应选取饱和输出功率较大的ＳＯＡ．
ＳＯＡ芯片的耦合采用高耦合效率、低反射的磨 锥透镜光纤ｎ引．结合ＳＯＡ的远场特性，通过优化设 计，该种透镜光纤与放大器芯片的耦合效率可达 ５０％以上，从而有效改善ＳＯＡ的增益和噪声特性． １．２．３封装
考虑到大工作电流（约３００ ｍＡ）下的散热问 题，组件采用了蝶型封装形式．组件内部主要由芯 片、过渡块、热敏电阻、热沉、热电制冷器等部分组成．
１．２．４性能
图１为ＳＯＡ的光谱特性．工作电流为３００ ｍＡ
豢Ａｇｉｌｅｎ 【
ＲＥＦ ．１６ ９ ６ ｄＢ ｎ
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【ｂ）Ｒｉｐｐｌｅ 图１ ＳＯＡ的光谱特性 Ｆｉｇ．１ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＳＯＡ
８期
柯吕剑，等：半导体光放大器非线性失真特性实验研究
１５４５
率的实时变化而波动，这也会导致输出信号产生非
线性失真［１ ０｜．
文献［１１］和［１２］中的数值分析表明：当信号光
波长位于ＳＯＡ增益谱下降沿且输入光功率较大
时，ＳＯＡ因机理一所引入的ＣＳＯ失真比机理二要
小一个数量级以上，并且此时激光器所引入的非线
光接收机将ＳＯＡ放大后的视频光信号转换为 射频电信号．实验中使用ＣＡＴＶ信号分析仪测试 ＣＳＯ指标、通过电视接收机来观察图像播出效果． 光接收机前接有光滤波器，以滤除ＳＯＡ中自发辐射 一自发辐射拍噪声．
由于本实验中使用的ＣＡＴＶ信号分析仪只能 测量被测频道载频土０．５ ＭＨｚ以外频点的ＣＳＯ值， 针对武汉有线电视节目频道分布特点，实验时选择 了载频为６４７．２５ ＭＨｚ的频道进行测试分析．因为在 高频区（Ｕ波段，载频为５５９．２５～６４７．２５ ＭＨｚ）各频 道ＣＳＯ产物都集中落在各自频道载频加０．７５ ＭＨｚ 的频点处［１ ２｜，此时采用上述信号分析仪得到ＣＳＯ 值要准确一些． ２．２ ＳｏＡ引入的ＣＳＯ失真
图４ 实验装置
Ｆｉｇ．４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔｕｐ
１ ３１０ ｎｍＡＭ－ＶＳＢ视频光信号．该光信号输出波长为 系统的ＣＳＯ指标）为一５０ ｄＢ．从图５可以看出，Ｐ讯
１ ３１１．４２ ｎｍ，输出功率１３ ｄＢｍ，一２０ｄＢ线宽０．２９ ｎｍ， 相同时，ＳＯＡ的工作电流越大，其引入的ＣＳＯ失真
调制度约４％．
越大．系统ＣＳＯ指标劣化越严重．这是因为随着工
光衰减器ｌ用来调节输入到ＳＯＡ中的光信号 作电流的增大，ＳＯＡ的平均增益将变大，载流子浓
功率，以考察不同输入光功率水平下ＳＯＡ引入的 度调制效应所引起的增益波动也变大，从式（３）可
ＣＳＯ失真，即ＣＳＯ指标的劣化情况；光衰减器２用 知，因机理二引入的ＣＳＯ失真将随之增大；在同一
第３７卷第８期 ２００８年８月
光子学报
ＡＣＴＡ ＰＨｏＴＯＮＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．３７ Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ ２００８
半导体光放大器非线性失真特性实验研究＊
柯昌剑，刘德明，王鼎，高飞
（华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉４３００７４）
摘 要：对半导体光放大器（ＳＯＡ）用于１ ３１０ ｎｍ残留边带幅度调制（ＡＭ—ＶＳＢ）视频光信号放大时
的非线性失真特性进行了实验研究．分析了非线性失真机理．给出了当输入光信号波长位于ＳＯＡ
增益谱下降沿且输入光信号功率较大时，ＳＯＡ所引入的非线性失真主要由其增益随输入光信号功
率变化而波动所造成的结论和对应表达式．提出了减小非线性失真的方法．设计了适合于ＡＭ—
ＶＳＢ视频光信号放大的ＳＯＡ并用于有线电视（ＣＡＴＶ）系统实验．研究结果表明，在３００ ｍＡ的工
万方数据
线性失真机理的探讨，设计了基于ＳＯＡ的视频光 放大器并用于ＣＡＴＶ系统实验．研究结果表明， ＳＯＡ能够较好地满足１ ３１０ ｎｍ窗口视频光信号的 放大要求．
１理论分析与设计
１．１非线性失真特性分析
非线性失真ＣＳＯ和ＣＴＢ主要是由ＣＡＴＶ链 路中有源器件产生的新频率分量（即非线性失真产 物）所导致．当这些产物落在播出频道带内时，就会
２．３电视收视效果
图６给出了不同输入功率下，对应频道有线电
视收视效果图．此时ＳＯＡ的工作电流为３００ ｍＡ．随
着输入到ＳＯＡ光信号功率的增加，接收机端的Ｃ／Ｎ指 标变好而ＣＳＯ指标变差．图６（ａ）中Ｐ．。＝一１５．５ ｄＢｍ，
电视图像存在大量雪花点，此时Ｃ／Ｎ指标较差；图６ （ｂ）中Ｐ。。一一８．０ ｄＢｍ，图像较为清晰，但仔细观察
随着接入网的改造，光纤将逐步取代同轴电缆 由ＨＦＣ网络的分前端延伸到用户端．分前端应放 置光放大器来对视频光信号的功率进行助推放大， 从而满足接入网中用户光功率分配的要求．考虑到 建设成本和技术指标的综合影响，现阶段大多数国 内有线电视运营商在主前端和分前端分别采用 １ ５５０ ｎｍ和１ ３１０ ｎｍ波长来传输有线电视信号［１］． 当光纤向用户端延伸时，１ ３１０ ｎｍ波长视频光信号 的放大将呈现巨大的需求．近年来随着相关技术的 突破，ＳＯＡ的性能不断完善［２ｑ］，在接入网中得到越 来越广泛的应用Ｌ５１］．
本文首次报道了ＳＯＡ用于１ ３１０ ｎｍ波长 ＡＭ—ＶＳＢ视频光信号放大时非线性失真特性相关 实验．通过对ＡＭ—ＶＳＢ视频光信号半导体光放大非
’国家８６３高技术研究发展计划（２００７ＡＡ０１２２２９）资助 Ｔｅｌ：０２７—８７５４３３５５—３１５２ Ｅｍａｉｌ：ｃｊｋｅ＠ｍａｉｌ．ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿日期：２００８－０２－２５
对播出频道的图像产生干扰．在ＡＭ—ＶＳＢ系统中， ＣＳＯ对信号质量的影响远大于ＣＴＢ［８］．故后续分析 将重点讨论ＳＯＡ用于ＡＭ—ＶＳＢ视频光信号放大时
的ＣＳＯ失真特性． 在ＡＭ—ＶＳＢ光纤传输系统中，光放大器的使用
之所以会引入非线性失真是因为光放大器的增益会 随着输入光信号的状态变化（如频率、功率和偏振 等）而发生改变，从而导致输出的光信号含有二阶或
发现依然存在对比度较低的雪花点和一些细小的条
纹，此时Ｃ／Ｎ和ＣＳＯ指标适中；图６（Ｃ）中Ｐ。。＝
万方数据
８期
柯昌剑，等：半导体光放大器非线性失真特性实验研究
１５４７
～０．５ ｄＢｍ，此时ＳＯＡ已经深度饱和．电视图像清 晰但是存在明显的横向条纹，即Ｃ／Ｎ指标较好而
ＣＳＯ指标较差．
【ａ）ｏ一１５ ５ ｄＢｍ
０ 引言
目前有线电视（ＣＡＴＶ）网络多采用混合光纤同 轴电缆（ＨＦＣ）结构，即在主前端和分前端采用光纤 传输，在接入网中使用同轴电缆进行分配．基于 ＨＦＣ结构的ＣＡＴＶ系统通常将多个频道的残留边 带幅度调制（ＡＭ－ＶＳＢ）射频（ＲＦ）电视信号频分复 用后，对光发射机进行调制，形成光信号在光纤中传 输．光信号在光节点转换成电信号，经过解调和放大 的电信号通过同轴电缆分配给接入网的千家万 户ｎ］．在ＡＭ—ＶＳＢ系统中，有线电视信号的质量通 常用载噪比（Ｃ／Ｎ）、组合二阶互调失真（ＣＳＯ）以及 组合三阶差拍失真（ＣＴＢ）三个指标进行衡量．
显然ＳＯＡ的增益也会随着输入光信号偏振态 的变化而发生改变．因此用于视频光信号放大时，应 选用偏振无关的ＳＯＡ，即ＳＯＡ的偏振灵敏度要小． １．２ 基于ＳＯＡ的ＡＭ－ＶＳＢ视频光放大器组件设计 １．２．１ 芯片
采用低压金属有机化学气相外延法（ＬＰ＿ ＭｏＶＰＥ）生长并制作１ ３１０ ｒｉｍ脊型波导结构偏振 无关ＳＯＡ芯片．有源区为基于四个压应变量子阱 和三个张应变量子阱交替生长的混合应变量子阱 （４Ｃ３Ｔ）结构，脊宽为３ ｐｍ，腔长约为１ ０００弘ｍ．芯 片制作成７。斜腔结构并在腔面蒸镀减反膜，腔面剩 余反射率为３×１０－‘以下【１“． １．２．２耦合