Cum funcționeazăamplificator optic semiconductora realiza amplificarea?
După apariția erei comunicațiilor prin fibră optică de mare capacitate, tehnologia de amplificare optică s-a dezvoltat rapid.Amplificatoare opticeamplifica semnalele optice de intrare pe baza radiației stimulate sau a împrăștierii stimulate. Conform principiului de funcționare, amplificatoarele optice pot fi împărțite în amplificatoare optice semiconductoare (SOA) șiamplificatoare cu fibră opticăPrintre ei,amplificatoare optice semiconductoareSunt utilizate pe scară largă în comunicațiile optice datorită avantajelor benzii largi de câștig, integrării bune și gamei largi de lungimi de undă. Sunt compuse din regiuni active și pasive, iar regiunea activă este regiunea de câștig. Când semnalul luminos trece prin regiunea activă, electronii își pierd energia și revin la starea fundamentală sub formă de fotoni, care au aceeași lungime de undă ca și semnalul luminos, amplificând astfel semnalul luminos. Amplificatorul optic semiconductor convertește purtătorul semiconductor în particula inversă prin curentul de acționare, amplifică amplitudinea luminii semiconductoare injectate și menține caracteristicile fizice de bază ale luminii semiconductoare injectate, cum ar fi polarizarea, lățimea liniei și frecvența. Odată cu creșterea curentului de lucru, puterea optică de ieșire crește și ea într-o anumită relație funcțională.
Însă această creștere nu este lipsită de limite, deoarece amplificatoarele optice semiconductoare au un fenomen de saturație a câștigului. Fenomenul arată că atunci când puterea optică de intrare este constantă, câștigul crește odată cu creșterea concentrației purtătorilor injectați, dar când concentrația purtătorilor injectați este prea mare, câștigul se va satura sau chiar va scădea. Când concentrația purtătorului injectat este constantă, puterea de ieșire crește odată cu creșterea puterii de intrare, dar când puterea optică de intrare este prea mare, rata de consum al purtătorilor cauzată de radiația excitată este prea mare, rezultând saturația sau scăderea câștigului. Motivul fenomenului de saturație a câștigului este interacțiunea dintre electroni și fotoni din materialul regiunii active. Fie că sunt fotoni generați în mediul de câștig sau fotoni externi, rata la care radiația stimulată consumă purtătorii este legată de rata la care aceștia se reîncarcă la nivelul de energie corespunzător în timp. Pe lângă radiația stimulată, rata purtătorilor consumată de alți factori se modifică și ea, ceea ce afectează negativ saturația câștigului.
Întrucât cea mai importantă funcție a amplificatoarelor optice semiconductoare este amplificarea liniară, în principal pentru a realiza amplificarea, acestea pot fi utilizate ca amplificatoare de putere, amplificatoare de linie și preamplificatoare în sistemele de comunicații. La capătul de transmisie, amplificatorul optic semiconductor este utilizat ca amplificator de putere pentru a spori puterea de ieșire la capătul de transmisie al sistemului, ceea ce poate crește considerabil distanța releului trunchiului sistemului. În linia de transmisie, amplificatorul optic semiconductor poate fi utilizat ca amplificator cu releu liniar, astfel încât distanța releului regenerativ de transmisie poate fi extinsă din nou cu salturi. La capătul de recepție, amplificatorul optic semiconductor poate fi utilizat ca preamplificator, ceea ce poate îmbunătăți considerabil sensibilitatea receptorului. Caracteristicile de saturație a câștigului amplificatoarelor optice semiconductoare vor face ca câștigul pe bit să fie legat de secvența de biți anterioară. Efectul de model dintre canalele mici poate fi numit și efect de modulație a câștigului încrucișat. Această tehnică utilizează media statistică a efectului de modulație a câștigului încrucișat între canale multiple și introduce o undă continuă de intensitate medie în proces pentru a menține fasciculul, comprimând astfel câștigul total al amplificatorului. Apoi, efectul de modulație a câștigului încrucișat între canale este redus.
Amplificatoarele optice semiconductoare au o structură simplă, integrare ușoară și pot amplifica semnale optice de diferite lungimi de undă, fiind utilizate pe scară largă în integrarea diferitelor tipuri de lasere. În prezent, tehnologia de integrare laser bazată pe amplificatoare optice semiconductoare continuă să se maturizeze, dar încă sunt necesare eforturi în următoarele trei aspecte. Unul este reducerea pierderilor de cuplare cu fibra optică. Principala problemă a amplificatorului optic semiconductor este că pierderile de cuplare cu fibra sunt mari. Pentru a îmbunătăți eficiența cuplajului, se poate adăuga o lentilă la sistemul de cuplare pentru a minimiza pierderile de reflexie, a îmbunătăți simetria fasciculului și a obține o cuplare de înaltă eficiență. Al doilea este reducerea sensibilității la polarizare a amplificatoarelor optice semiconductoare. Caracteristica de polarizare se referă în principal la sensibilitatea la polarizare a luminii incidente. Dacă amplificatorul optic semiconductor nu este procesat special, lățimea de bandă efectivă a câștigului va fi redusă. Structura cuantică a puțurilor poate îmbunătăți eficient stabilitatea amplificatoarelor optice semiconductoare. Este posibil să se studieze o structură cuantică a puțurilor simple și superioare pentru a reduce sensibilitatea la polarizare a amplificatoarelor optice semiconductoare. Al treilea este optimizarea procesului integrat. În prezent, integrarea amplificatoarelor optice semiconductoare și a laserelor este prea complicată și greoaie în procesarea tehnică, rezultând o pierdere mare în transmisia semnalului optic și pierderi de inserție ale dispozitivului, iar costul este prea ridicat. Prin urmare, ar trebui să încercăm să optimizăm structura dispozitivelor integrate și să îmbunătățim precizia dispozitivelor.
În tehnologia comunicațiilor optice, tehnologia de amplificare optică este una dintre tehnologiile de suport, iar tehnologia amplificatoarelor optice cu semiconductori se dezvoltă rapid. În prezent, performanța amplificatoarelor optice cu semiconductori a fost îmbunătățită considerabil, în special prin dezvoltarea tehnologiilor optice de nouă generație, cum ar fi multiplexarea prin diviziune de lungime de undă sau modurile de comutare optică. Odată cu dezvoltarea industriei informației, va fi introdusă tehnologia de amplificare optică potrivită pentru diferite benzi și diferite aplicații, iar dezvoltarea și cercetarea noilor tehnologii vor face inevitabil ca tehnologia amplificatoarelor optice cu semiconductori să continue să se dezvolte și să prospere.
Data publicării: 25 februarie 2025