Що такенапівпровідниковий оптичний підсилювач
Напівпровідниковий оптичний підсилювач – це тип оптичного підсилювача, який використовує напівпровідникове середовище підсилення. Він схожий на лазерний діод, у якому дзеркало на нижньому кінці замінено напіввідбивним покриттям. Сигнальне світло пропускається через напівпровідниковий одномодовий хвилевід. Поперечний розмір хвилеводу становить 1-2 мікрометри, а його довжина – порядку 0,5-2 мм. Мода хвилеводу має значне перекриття з активною (підсилювальною) областю, яка накачується струмом. Введений струм генерує певну концентрацію носіїв у зоні провідності, що дозволяє оптичний перехід зони провідності у валентну зону. Пікове підсилення виникає, коли енергія фотонів трохи більша за енергію забороненої зони. Оптичний підсилювач SOA зазвичай використовується в телекомунікаційних системах у вигляді пігтейлів, з робочою довжиною хвилі близько 1300 нм або 1500 нм, забезпечуючи коефіцієнт підсилення приблизно 30 дБ.
TheSOA напівпровідниковий оптичний підсилювач— це пристрій на основі PN-переходу зі структурою квантової ями деформації. Зовнішнє пряме зміщення змінює кількість діелектричних частинок на протилежну. Після потрапляння зовнішнього збуджувального світла генерується стимульоване випромінювання, що забезпечує посилення оптичних сигналів. Усі три вищезгадані процеси передачі енергії існують уОптичний підсилювач SOAПідсилення оптичних сигналів базується на вимушеному випромінюванні. Процеси вимушеного поглинання та вимушеного випромінювання існують одночасно. Вимушене поглинання світла накачування може бути використане для прискорення відновлення носіїв заряду, і водночас електричне накачування може переміщувати електрони на високий енергетичний рівень (зону провідності). Коли спонтанне випромінювання посилюється, воно утворює посилений шум спонтанного випромінювання. Оптичний підсилювач SOA базується на напівпровідникових мікросхемах.
Напівпровідникові чіпи складаються зі складних напівпровідників, таких як GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP та InP/InAlGaAs тощо. Це також матеріали для виготовлення напівпровідникових лазерів. Конструкція хвилеводу SOA така ж або подібна до лазерів. Різниця полягає в тому, що лазери повинні формувати резонансний резонатор навколо підсилюючого середовища, щоб генерувати та підтримувати коливання оптичного сигналу. Оптичний сигнал буде посилений у резонаторі кілька разів, перш ніж буде виведений.SOA-підсилювач(те, що ми тут обговорюємо, обмежується підсилювачами біжучої хвилі, що використовуються в більшості застосувань), світло має пройти через підсилювальне середовище лише один раз, а зворотне відбиття мінімальне. Структура підсилювача SOA складається з трьох областей: області P, області I (активний шар або вузол) та області N. Активний шар зазвичай складається з квантових ям, що може покращити ефективність фотоелектричного перетворення та зменшити пороговий струм.
Рисунок 1. Волоконні лазери з інтегрованим SOA для генерації оптичних імпульсів
Застосовується до перемикання каналів
SOA зазвичай застосовуються не лише для посилення: вони також можуть використовуватися в галузі волоконно-оптичного зв'язку, у застосуваннях, заснованих на нелінійних процесах, таких як посилення насичення або крос-фазова поляризація, які використовують зміну концентрації носіїв в оптичному підсилювачі SOA для отримання різних показників заломлення. Ці ефекти можуть бути застосовані до передачі каналу (перетворення довжини хвилі), перетворення формату модуляції, відновлення тактової частоти, регенерації сигналу та розпізнавання образів тощо в системах мультиплексування з поділом довжини хвилі.
З розвитком технології оптоелектронних інтегральних схем та зниженням виробничих витрат, області застосування напівпровідникових оптичних підсилювачів SOA як базових підсилювачів, функціональних оптичних пристроїв та компонентів підсистем продовжуватимуть розширюватися.
Час публікації: 23 червня 2025 р.