W jaki sposób wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy osiąga wzmocnienie?

Jak to działa?wzmacniacz optyczny półprzewodnikowyosiągnąć wzmocnienie?

Wraz z nadejściem ery światłowodów o dużej przepustowości, technologia wzmacniania sygnału optycznego rozwinęła się błyskawicznie.Wzmacniacze optycznewzmacniają wejściowe sygnały optyczne na podstawie wymuszonego promieniowania lub wymuszonego rozpraszania. Zgodnie z zasadą działania wzmacniacze optyczne można podzielić na półprzewodnikowe wzmacniacze optyczne (SOA) Iwzmacniacze światłowodoweWśród nich,wzmacniacze optyczne półprzewodnikowesą szeroko stosowane w komunikacji optycznej ze względu na zalety szerokiego pasma wzmocnienia, dobrej integracji i szerokiego zakresu długości fal. Składają się z obszarów aktywnych i pasywnych, a obszar aktywny jest obszarem wzmocnienia. Gdy sygnał świetlny przechodzi przez obszar aktywny, powoduje utratę energii przez elektrony i powrót do stanu podstawowego w postaci fotonów, które mają taką samą długość fali jak sygnał świetlny, wzmacniając w ten sposób sygnał świetlny. Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy przekształca nośnik półprzewodnikowy w cząstkę odwrotną za pomocą prądu napędowego, wzmacnia amplitudę wstrzykiwanego światła zarodkowego i utrzymuje podstawowe cechy fizyczne wstrzykiwanego światła zarodkowego, takie jak polaryzacja, szerokość linii i częstotliwość. Wraz ze wzrostem prądu roboczego wzrasta również wyjściowa moc optyczna w pewnym związku funkcjonalnym.

Ale ten wzrost nie jest bez ograniczeń, ponieważ wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe mają zjawisko nasycenia wzmocnienia. Zjawisko to pokazuje, że gdy wejściowa moc optyczna jest stała, wzmocnienie wzrasta wraz ze wzrostem koncentracji wstrzykiwanych nośników, ale gdy wprowadzona koncentracja nośników jest zbyt duża, wzmocnienie będzie nasycone lub nawet zmniejszone. Gdy stężenie wstrzykiwanych nośników jest stałe, moc wyjściowa wzrasta wraz ze wzrostem mocy wejściowej, ale gdy wejściowa moc optyczna jest zbyt duża, szybkość zużycia nośników spowodowana wzbudzonym promieniowaniem jest zbyt duża, co powoduje nasycenie lub spadek wzmocnienia. Powodem zjawiska nasycenia wzmocnienia jest interakcja między elektronami i fotonami w materiale obszaru aktywnego. Niezależnie od tego, czy fotony są generowane w ośrodku wzmocnienia, czy fotony zewnętrzne, szybkość, z jaką stymulowane promieniowanie zużywa nośniki, jest związana z szybkością, z jaką nośniki uzupełniają się do odpowiedniego poziomu energii w czasie. Oprócz stymulowanego promieniowania, szybkość nośnych zużywanych przez inne czynniki również się zmienia, co niekorzystnie wpływa na nasycenie wzmocnienia.

Ponieważ najważniejszą funkcją półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych jest liniowe wzmocnienie, głównie w celu uzyskania wzmocnienia, mogą być one używane jako wzmacniacze mocy, wzmacniacze liniowe i przedwzmacniacze w systemach komunikacyjnych. Po stronie nadawczej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny jest używany jako wzmacniacz mocy w celu zwiększenia mocy wyjściowej po stronie nadawczej systemu, co może znacznie zwiększyć odległość przekaźnika magistrali systemu. W linii transmisyjnej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny może być używany jako liniowy wzmacniacz przekaźnikowy, dzięki czemu odległość przekaźnika regeneracyjnego transmisji może zostać ponownie wydłużona skokowo. Po stronie odbiorczej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny może być używany jako przedwzmacniacz, co może znacznie poprawić czułość odbiornika. Charakterystyka nasycenia wzmocnienia półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych spowoduje, że wzmocnienie na bit będzie powiązane z poprzednią sekwencją bitów. Efekt wzoru między małymi kanałami można również nazwać efektem modulacji krzyżowej. Ta technika wykorzystuje statystyczną średnią modulacji cross-gain między wieloma kanałami i wprowadza do procesu falę ciągłą o średniej intensywności, aby utrzymać wiązkę, a tym samym skompresować całkowite wzmocnienie wzmacniacza. Następnie efekt modulacji cross-gain między kanałami jest zmniejszony.

Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe mają prostą strukturę, łatwą integrację i mogą wzmacniać sygnały optyczne o różnych długościach fal, a także są szeroko stosowane w integracji różnych typów laserów. Obecnie technologia integracji laserowej oparta na wzmacniaczach optycznych półprzewodnikowych nadal dojrzewa, ale nadal należy podejmować wysiłki w następujących trzech aspektach. Jednym z nich jest zmniejszenie strat sprzężenia ze światłowodem. Głównym problemem wzmacniacza optycznego półprzewodnikowego jest to, że strata sprzężenia ze światłowodem jest duża. Aby poprawić wydajność sprzężenia, do układu sprzęgającego można dodać soczewkę, aby zminimalizować stratę odbicia, poprawić symetrię wiązki i uzyskać wysoką wydajność sprzężenia. Drugim jest zmniejszenie czułości polaryzacyjnej wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Charakterystyka polaryzacji odnosi się głównie do czułości polaryzacyjnej padającego światła. Jeśli wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy nie jest specjalnie przetworzony, efektywna szerokość pasma wzmocnienia zostanie zmniejszona. Struktura studni kwantowej może skutecznie poprawić stabilność wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Możliwe jest zbadanie prostej i lepszej struktury studni kwantowej w celu zmniejszenia wrażliwości polaryzacji wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Trzecim jest optymalizacja zintegrowanego procesu. Obecnie integracja wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych i laserów jest zbyt skomplikowana i uciążliwa w przetwarzaniu technicznym, co skutkuje dużą stratą w transmisji sygnału optycznego i tłumieniem wtrąceniowym urządzenia, a koszty są zbyt wysokie. Dlatego powinniśmy spróbować zoptymalizować strukturę zintegrowanych urządzeń i poprawić precyzję urządzeń.

W technologii komunikacji optycznej technologia wzmocnienia optycznego jest jedną z technologii pomocniczych, a technologia półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych rozwija się szybko. Obecnie wydajność półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych została znacznie poprawiona, szczególnie w rozwoju technologii optycznych nowej generacji, takich jak multipleksowanie z podziałem długości fali lub tryby przełączania optycznego. Wraz z rozwojem przemysłu informacyjnego wprowadzona zostanie technologia wzmocnienia optycznego odpowiednia dla różnych pasm i różnych zastosowań, a rozwój i badania nowych technologii nieuchronnie sprawią, że technologia półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych będzie się nadal rozwijać i prosperować.