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 rozwijała się bardzo szybko.Wzmacniacze optyczneWzmacniają wejściowe sygnały optyczne w oparciu o promieniowanie stymulowane lub rozpraszanie stymulowane. Ze względu na zasadę działania wzmacniacze optyczne można podzielić na półprzewodnikowe (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, przy czym 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 tę samą długość fali co sygnał świetlny, wzmacniając w ten sposób sygnał świetlny. Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy przekształca nośnik półprzewodnikowy w cząstkę odwrotną za pomocą prądu sterującego, wzmacnia amplitudę wstrzykiwanego światła zarodkowego i zachowuje podstawowe właściwości fizyczne wstrzykiwanego światła zarodkowego, takie jak polaryzacja, szerokość linii i częstotliwość. Wraz ze wzrostem prądu roboczego wzrasta również wyjściowa moc optyczna w pewnej zależności funkcjonalnej.

Jednak ten wzrost nie jest nieograniczony, ponieważ półprzewodnikowe wzmacniacze optyczne charakteryzują się zjawiskiem nasycenia wzmocnienia. Zjawisko to polega na tym, że przy stałej mocy optycznej wejściowej wzmocnienie rośnie wraz ze wzrostem koncentracji wstrzykiwanych nośników, ale gdy koncentracja wstrzykiwanych nośników jest zbyt duża, wzmocnienie ulega nasyceniu lub nawet zmniejszeniu. Gdy koncentracja wstrzykiwanych nośników jest stała, moc wyjściowa rośnie wraz ze wzrostem mocy wejściowej, ale gdy wejściowa moc optyczna jest zbyt duża, tempo zużycia nośników spowodowane promieniowaniem wzbudzonym jest zbyt duże, co powoduje nasycenie lub spadek wzmocnienia. Przyczyną zjawiska nasycenia wzmocnienia jest oddziaływanie między elektronami i fotonami w materiale obszaru aktywnego. Niezależnie od tego, czy są to fotony generowane w ośrodku wzmocnienia, czy fotony zewnętrzne, tempo, w jakim stymulowane promieniowanie zużywa nośniki, jest związane z tempem, w jakim nośniki uzupełniają się do odpowiedniego poziomu energii w czasie. Oprócz promieniowania stymulowanego, zmienia się również tempo zużycia nośników przez inne czynniki, co niekorzystnie wpływa na nasycenie wzmocnienia.

Ponieważ najważniejszą funkcją półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych jest wzmocnienie liniowe, głównie w celu uzyskania wzmocnienia, mogą one być stosowane jako wzmacniacze mocy, wzmacniacze liniowe i przedwzmacniacze w systemach komunikacyjnych. Po stronie nadawczej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny służy jako wzmacniacz mocy w celu zwiększenia mocy wyjściowej po stronie nadawczej systemu, co może znacznie zwiększyć zasięg przekaźnika magistrali systemu. W linii transmisyjnej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny może być używany jako liniowy wzmacniacz przekaźnikowy, dzięki czemu zasięg przekaźnika regeneracyjnego transmisji może być ponownie skokowo zwiększony. Po stronie odbiorczej półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny może być używany jako przedwzmacniacz, co może znacznie poprawić czułość odbiornika. Charakterystyka nasycenia wzmocnienia półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych powoduje, że wzmocnienie na bit jest powiązane z poprzednią sekwencją bitów. Efekt wzoru między małymi kanałami można również nazwać efektem modulacji krzyżowej. Technika ta wykorzystuje statystyczną średnią modulacji międzykanałowej i wprowadza falę ciągłą o średniej intensywności, aby utrzymać wiązkę, a tym samym skompresować całkowite wzmocnienie wzmacniacza. W rezultacie efekt modulacji międzykanałowej zostaje zredukowany.

Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe charakteryzują się prostą konstrukcją, łatwą integracją i mogą wzmacniać sygnały optyczne o różnych długościach fal. Są szeroko stosowane w integracji różnych typów laserów. Obecnie technologia integracji laserowej oparta na wzmacniaczach optycznych półprzewodnikowych stale się rozwija, ale nadal konieczne są działania w następujących trzech aspektach. Pierwszym z nich jest zmniejszenie strat sprzężenia ze światłowodem. Głównym problemem wzmacniacza optycznego półprzewodnikowego jest duża strata sprzężenia ze światłowodem. Aby poprawić wydajność sprzężenia, do układu sprzęgającego można dodać soczewkę, która minimalizuje straty odbicia, poprawia symetrię wiązki i zapewnia wysoką wydajność sprzężenia. Drugim celem jest zmniejszenie wrażliwości polaryzacyjnej wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Charakterystyka polaryzacyjna odnosi się głównie do wrażliwości polaryzacyjnej padającego światła. Jeśli wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy nie zostanie specjalnie przetworzony, efektywna szerokość pasma wzmocnienia ulegnie zmniejszeniu. Struktura studni kwantowej może skutecznie poprawić stabilność wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Możliwe jest zbadanie prostej i lepszej struktury studni kwantowej w celu zmniejszenia wrażliwości polaryzacyjnej półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych. Trzecim sposobem jest optymalizacja procesu integracji. Obecnie integracja półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych i laserów jest zbyt skomplikowana i uciążliwa pod względem technicznym, co skutkuje dużymi stratami w transmisji sygnału optycznego i stratami wtrąceniowymi, a także zbyt wysokimi kosztami. Dlatego powinniśmy dążyć do optymalizacji struktury układów scalonych i poprawy ich precyzji.

W technologii komunikacji optycznej, technologia wzmocnienia optycznego jest jedną z technologii wspierających, a technologia półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych rozwija się dynamicznie. Obecnie wydajność półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych uległa znacznej poprawie, szczególnie w kontekście rozwoju technologii optycznych nowej generacji, takich jak multipleksowanie z podziałem długości fali (FDMD) czy optyczne tryby przełączania. Wraz z rozwojem przemysłu informatycznego, wprowadzane będą technologie wzmocnienia optycznego odpowiednie dla różnych pasm częstotliwości i różnych zastosowań, a rozwój i badania nad nowymi technologiami nieuchronnie przyczynią się do dalszego rozwoju i rozwoju technologii półprzewodnikowych wzmacniaczy optycznych.