Что такоеполупроводниковый оптический усилитель
Полупроводниковый оптический усилитель — это тип оптического усилителя, использующего полупроводниковую усиливающую среду. Он похож на лазерный диод, в котором зеркало на нижнем конце заменено полуотражающим покрытием. Сигнальный свет передается по полупроводниковому одномодовому волноводу. Поперечный размер волновода составляет 1-2 микрометра, а его длина — порядка 0,5-2 мм. Волноводная мода имеет значительное перекрытие с активной (усиливающей) областью, которая накачивается током. Инжектируемый ток создает определенную концентрацию носителей в зоне проводимости, что обеспечивает оптический переход из зоны проводимости в валентную зону. Пик усиления достигается, когда энергия фотона немного превышает ширину запрещенной зоны. Оптический усилитель SOA обычно используется в телекоммуникационных системах в виде пигтейлов с рабочей длиной волны около 1300 нм или 1500 нм, обеспечивая усиление примерно 30 дБ.
Theполупроводниковый оптический усилитель SOAпредставляет собой устройство на основе p-n-перехода с квантовой ямой. Внешнее прямое смещение меняет число диэлектрических частиц на противоположное. После попадания внешнего возбуждающего света генерируется стимулированное излучение, что приводит к усилению оптических сигналов. Все три вышеперечисленных процесса передачи энергии существуют вОптический усилитель SOAУсиление оптических сигналов основано на вынужденном излучении. Процессы вынужденного поглощения и вынужденного излучения происходят одновременно. Вынужденное поглощение света накачки может быть использовано для ускорения восстановления носителей заряда, и в то же время электрический насос может переводить электроны на высокий энергетический уровень (зону проводимости). При усилении спонтанного излучения образуется усиленный шум спонтанного излучения. Оптический усилитель SOA построен на полупроводниковых кристаллах.
Полупроводниковые кристаллы состоят из полупроводниковых соединений, таких как GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP, InP/InAlGaAs и т.д. Эти же материалы используются для изготовления полупроводниковых лазеров. Конструкция волновода SOA аналогична или близка к конструкции лазеров. Разница заключается в том, что лазерам необходимо сформировать резонансную полость вокруг активной среды для генерации и поддержания колебаний оптического сигнала. Оптический сигнал многократно усиливается в полости перед выходом.усилитель SOA(здесь речь идёт об усилителях бегущей волны, используемых в большинстве приложений), свету достаточно пройти через активную среду лишь один раз, а обратное отражение минимально. Структура усилителя SOA состоит из трёх областей: области P, области I (активный слой или узел) и области N. Активный слой обычно состоит из квантовых ям, что может повысить эффективность фотоэлектрического преобразования и снизить пороговый ток.
Рисунок 1. Волоконный лазер со встроенным SOA для генерации оптических импульсов
Применяется для передачи канала
SOA обычно применяются не только для усиления: их также можно использовать в области оптоволоконной связи, где используются нелинейные процессы, такие как усиление с насыщением или кросс-фазовая поляризация, где изменение концентрации носителей в оптическом усилителе SOA используется для получения различных показателей преломления. Эти эффекты могут быть использованы для передачи данных по каналам (преобразование длины волны), преобразования формата модуляции, восстановления тактовой частоты, регенерации сигналов и распознавания образов и т. д. в системах мультиплексирования с разделением по длине волны.
С развитием технологии оптоэлектронных интегральных схем и снижением производственных затрат области применения полупроводниковых оптических усилителей SOA в качестве базовых усилителей, функциональных оптических устройств и компонентов подсистем будут продолжать расширяться.
Время публикации: 23 июня 2025 г.