Co to jestwzmacniacz optyczny półprzewodnikowy
Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy to rodzaj wzmacniacza optycznego wykorzystującego półprzewodnikowy ośrodek wzmocnienia. Jest on podobny do diody laserowej, w której zwierciadło na dolnym końcu jest zastąpione powłoką półodblaskową. Sygnał świetlny jest przesyłany przez półprzewodnikowy falowód jednomodowy. Wymiar poprzeczny falowodu wynosi 1-2 mikrometry, a jego długość rzędu 0,5-2 mm. Mod falowodu w znacznym stopniu pokrywa się z obszarem aktywnym (wzmocnienia), który jest pompowany przez prąd. Wstrzyknięty prąd generuje określone stężenie nośników w paśmie przewodnictwa, umożliwiając optyczne przejście pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego. Maksymalne wzmocnienie występuje, gdy energia fotonu jest nieznacznie większa niż energia przerwy energetycznej. Wzmacniacz optyczny SOA jest zazwyczaj stosowany w systemach telekomunikacyjnych w postaci pigtaili, o roboczej długości fali około 1300 nm lub 1500 nm, zapewniających wzmocnienie około 30 dB.
TenWzmacniacz optyczny półprzewodnikowy SOAjest urządzeniem ze złączem PN o strukturze studni kwantowej. Zewnętrzne napięcie polaryzacji w kierunku przewodzenia odwraca liczbę cząstek dielektrycznych. Po wejściu zewnętrznego światła wzbudzającego generowane jest promieniowanie stymulowane, co powoduje wzmocnienie sygnałów optycznych. Wszystkie trzy powyższe procesy transferu energii zachodzą wWzmacniacz optyczny SOAWzmocnienie sygnałów optycznych opiera się na emisji wymuszonej. Procesy absorpcji wymuszonej i emisji wymuszonej zachodzą jednocześnie. Wymuszona absorpcja światła pompującego może być wykorzystana do przyspieszenia odzyskiwania nośników, a jednocześnie pompa elektryczna może wysyłać elektrony na wysoki poziom energetyczny (pasmo przewodnictwa). Wzmocnienie promieniowania spontanicznego powoduje powstanie wzmocnionego szumu promieniowania spontanicznego. Wzmacniacz optyczny SOA oparty jest na układach scalonych półprzewodnikowych.
Układy scalone półprzewodnikowe składają się z półprzewodników złożonych, takich jak GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP i InP/InAlGaAs itp. Są to również materiały do produkcji laserów półprzewodnikowych. Konstrukcja falowodu w SOA jest taka sama lub podobna do konstrukcji laserów. Różnica polega na tym, że lasery muszą utworzyć wnękę rezonansową wokół ośrodka wzmocnienia, aby wygenerować i utrzymać oscylację sygnału optycznego. Sygnał optyczny jest wielokrotnie wzmacniany w wnęce przed wyjściem.Wzmacniacz SOA(To, co tutaj omawiamy, ogranicza się do wzmacniaczy fali bieżącej używanych w większości zastosowań), światło musi przejść przez ośrodek wzmocnienia tylko raz, a odbicie wsteczne jest minimalne. Struktura wzmacniacza SOA składa się z trzech obszarów: obszaru P, obszaru I (warstwa aktywna lub węzeł) i obszaru N. Warstwa aktywna zazwyczaj składa się ze studni kwantowych, które mogą poprawić wydajność konwersji fotoelektrycznej i zmniejszyć prąd progowy.
Rysunek 1 Laser światłowodowy ze zintegrowanym SOA do generowania impulsów optycznych
Zastosowano do transferu kanału
SOA są zazwyczaj stosowane nie tylko do wzmacniania: można je również wykorzystać w dziedzinie komunikacji światłowodowej, w aplikacjach opartych na procesach nieliniowych, takich jak wzmocnienie nasycenia czy polaryzacja międzyfazowa, które wykorzystują zmienną koncentrację nośnych we wzmacniaczu optycznym SOA w celu uzyskania zmiennych współczynników załamania. Efekty te można wykorzystać do transferu kanału (konwersji długości fali), konwersji formatu modulacji, odzyskiwania sygnału zegarowego, regeneracji sygnału i rozpoznawania wzorców itp. w systemach multipleksowania z podziałem długości fali.
Dzięki rozwojowi technologii układów scalonych optoelektronicznych i obniżeniu kosztów produkcji, obszary zastosowań wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych SOA jako wzmacniaczy podstawowych, funkcjonalnych urządzeń optycznych i komponentów podsystemów będą się nadal rozszerzać.
Czas publikacji: 23-06-2025