Seria wzmacniaczy optycznych: Wprowadzenie do wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych

Wzmacniacz optycznyseria: Wprowadzenie do wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych

Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy(SOA) to wzmacniacz optyczny oparty na półprzewodnikowym ośrodku wzmocnienia. Zasadniczo przypomina on sprzężoną światłowodowo półprzewodnikową lampę laserową, w której zwierciadło końcowe zastąpiono warstwą antyrefleksyjną. W celu dalszego zmniejszenia współczynnika odbicia końcowego można zastosować pochylone falowody. Światło sygnałowe jest zazwyczaj przesyłane przez półprzewodnikowy falowód jednomodowy o wymiarach bocznych 1-2 μm i długości około 0,5-2 mm. Mod falowodu w znacznym stopniu pokrywa się z obszarem aktywnym (wzmocnienia), który jest pompowany prądem. Wstrzyknięcie prądu generuje określoną gęstość nośników w paśmie przewodnictwa, umożliwiając przejścia optyczne z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego. Maksymalne wzmocnienie występuje przy energiach fotonów nieznacznie przekraczających energię przerwy energetycznej.

Zasada działania wzmacniacza optycznego półprzewodnikowego
Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe(SOA) wzmacniają padające sygnały świetlne poprzez emisję wymuszoną, a ich mechanizm jest taki sam jak w laserach półprzewodnikowych.Wzmacniacz optyczny SOAjest laserem półprzewodnikowym bez sprzężenia zwrotnego, a jego istotą jest uzyskanie wzmocnienia optycznego poprzez odwrócenie liczby cząstek, gdy wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy jest pompowany optycznie lub elektrycznie.
RodzajeWzmacniacz optyczny SOA Semiconductor
Ze względu na rolę, jaką SOA pełni w systemach klienckich, można je podzielić na cztery kategorie: szeregowy, wspomagający, przełączający SOA i przedwzmacniacz.
1. Bezpośrednie wprowadzenie: większy zysk, umiarkowane Psat; niższy NF i niższy PDG, zwykle związane z niezależnym od polaryzacji SOA.
2. Wzmacniacz: Wyższe Psat, niższe wzmocnienie, zwykle zależne od polaryzacji;
3. Przełącznik: wyższy współczynnik wygaszania i szybszy czas narastania/opadania;
4. Przedwzmacniacz: nadaje się do transmisji na większe odległości, ma niższy współczynnik NF i wyższy zysk.
Zalety wzmacniacza optycznego SOA Semiconductor
Wzmocnienie optyczne zapewniane przez SOA w paśmie jest stosunkowo niezależne od długości fali padającego sygnału optycznego.
Wstrzykuje prąd w postaci wzmocnionego sygnału pompującego, a nie pompowania optycznego.
Ze względu na kompaktowe rozmiary, SOA można zintegrować z wieloma urządzeniami fotonicznymi wykorzystującymi falowody na jednym, płaskim podłożu.
4. Wykorzystują tę samą technologię co lasery diodowe.
Technologia SOA może działać w pasmach spektralnych komunikacji 1300 nm i 1550 nm, przy czym szerokość pasma jest szersza (do 100 nm).
6. Można je skonfigurować i zintegrować tak, aby służyły jako przedwzmacniacze na końcu odbiornika optycznego.
SOA można stosować jako prostą bramkę logiczną w sieciach optycznych WDM.

Ograniczenia wzmacniacza optycznego SOA Semiconductor
SOA może zapewnić wyjściową moc optyczną do kilkudziesięciu miliwatów (mW), co zazwyczaj wystarcza do pracy w jednym kanale w światłowodowych łączach komunikacyjnych. Jednak systemy WDM mogą wymagać nawet kilku mW mocy na kanał.
2. Ze względu na sprzężenie wejściowych włókien optycznych do i z układów scalonych SOA, co często powoduje utratę sygnału, SOA musi zapewniać dodatkowe wzmocnienie optyczne, aby zminimalizować wpływ tej utraty na aspekty wejścia/wyjścia obszaru aktywnego.
SOA jest bardzo wrażliwa na polaryzację wejściowych sygnałów optycznych.
4. Generują wyższy poziom szumu w ośrodkach aktywnych niż wzmacniacze światłowodowe.
Jeśli w zastosowaniach WDM wzmacnianych jest wiele kanałów optycznych, SOA będzie powodować poważne przesłuchy.