Как это работает?полупроводниковый оптический усилительдобиться усиления?
С наступлением эры оптоволоконной связи большой емкости технология оптического усиления стала стремительно развиваться.Оптические усилителиусиливают входные оптические сигналы на основе вынужденного излучения или вынужденного рассеяния. По принципу работы оптические усилители можно разделить на полупроводниковые оптические усилители (СОА) иоптоволоконные усилители. Среди них,полупроводниковые оптические усилителиШироко используются в оптической связи благодаря таким преимуществам, как широкая полоса усиления, хорошая интеграция и широкий диапазон длин волн. Они состоят из активных и пассивных областей, причём активная область является областью усиления. Когда световой сигнал проходит через активную область, он заставляет электроны терять энергию и возвращаться в основное состояние в виде фотонов, имеющих ту же длину волны, что и световой сигнал, тем самым усиливая световой сигнал. Полупроводниковый оптический усилитель преобразует полупроводниковый носитель в обратную частицу посредством управляющего тока, усиливает амплитуду инжектированного затравочного света и сохраняет основные физические характеристики инжектированного затравочного света, такие как поляризация, ширина линии и частота. С увеличением рабочего тока выходная оптическая мощность также увеличивается в определённой функциональной зависимости.
Но этот рост не безграничен, поскольку полупроводниковые оптические усилители обладают явлением насыщения усиления. Это явление заключается в том, что при постоянной входной оптической мощности усиление увеличивается с увеличением концентрации инжектированных носителей, но когда концентрация инжектированных носителей слишком велика, усиление насыщается или даже уменьшается. При постоянной концентрации инжектированных носителей выходная мощность увеличивается с увеличением входной мощности, но когда входная оптическая мощность слишком велика, скорость потребления носителей, вызванная возбужденным излучением, слишком велика, что приводит к насыщению усиления или его снижению. Причиной явления насыщения усиления является взаимодействие электронов с фотонами в материале активной области. Будь то фотоны, генерируемые в среде усиления, или внешние фотоны, скорость, с которой стимулированное излучение поглощает носители, связана со скоростью, с которой носители восполняются до соответствующего энергетического уровня во времени. Помимо стимулированного излучения, скорость потребления носителей изменяется и другими факторами, что отрицательно влияет на насыщение усиления.
Поскольку наиболее важной функцией полупроводниковых оптических усилителей является линейное усиление, в основном для достижения усиления, они могут использоваться в качестве усилителей мощности, линейных усилителей и предусилителей в системах связи. На передающем конце полупроводниковый оптический усилитель используется в качестве усилителя мощности для повышения выходной мощности на передающем конце системы, что может значительно увеличить дальность ретрансляции системной магистрали. В линии передачи полупроводниковый оптический усилитель может использоваться в качестве линейного релейного усилителя, так что дальность регенеративной ретрансляции передачи может быть снова увеличена стремительными темпами. На приемном конце полупроводниковый оптический усилитель может использоваться в качестве предусилителя, что может значительно повысить чувствительность приемника. Характеристики насыщения усиления полупроводниковых оптических усилителей приведут к тому, что усиление на бит будет связано с предыдущей последовательностью битов. Эффект шаблона между малыми каналами также можно назвать эффектом модуляции перекрестного усиления. Этот метод использует статистическое усреднение эффекта модуляции перекрестного усиления между несколькими каналами и вводит в процесс непрерывную волну средней интенсивности для поддержания пучка, тем самым сжимая общий коэффициент усиления усилителя. Таким образом, эффект модуляции перекрестного усиления между каналами уменьшается.
Полупроводниковые оптические усилители имеют простую структуру, легко интегрируются и способны усиливать оптические сигналы различных длин волн, широко используясь для интеграции различных типов лазеров. В настоящее время технология интеграции лазеров, основанная на полупроводниковых оптических усилителях, продолжает развиваться, но всё ещё необходимы усилия по следующим трём направлениям. Первое – снижение потерь на связь с оптическим волокном. Основная проблема полупроводниковых оптических усилителей заключается в том, что потери на связь с волокном велики. Для повышения эффективности связи в систему связи можно добавить линзу, чтобы минимизировать потери на отражение, улучшить симметрию пучка и добиться высокой эффективности связи. Второе – снижение поляризационной чувствительности полупроводниковых оптических усилителей. Поляризационная характеристика в основном относится к поляризационной чувствительности падающего света. Если полупроводниковый оптический усилитель не подвергается специальной обработке, эффективная полоса пропускания усилителя будет сужена. Структура с квантовой ямой может эффективно повысить стабильность полупроводниковых оптических усилителей. Можно разработать простую и превосходную структуру с квантовой ямой для снижения поляризационной чувствительности полупроводниковых оптических усилителей. Третье – оптимизация процесса интеграции. В настоящее время интеграция полупроводниковых оптических усилителей и лазеров слишком сложна и трудоемка в техническом плане, что приводит к большим потерям при передаче оптического сигнала и вносимым потерям в устройстве, а также к слишком высокой стоимости. Поэтому необходимо стремиться к оптимизации структуры интегрированных устройств и повышению их точности.
В оптической связи технология оптического усиления является одной из вспомогательных технологий, и технология полупроводниковых оптических усилителей стремительно развивается. В настоящее время характеристики полупроводниковых оптических усилителей значительно улучшились, особенно благодаря разработке оптических технологий нового поколения, таких как мультиплексирование с разделением по длине волны и оптическая коммутация. С развитием информационной индустрии будут внедряться технологии оптического усиления, подходящие для различных диапазонов и различных применений, а разработка и исследование новых технологий неизбежно будут способствовать дальнейшему развитию и процветанию технологии полупроводниковых оптических усилителей.
Время публикации: 25 февраля 2025 г.