Como consegue a amplificación un amplificador óptico de semicondutores?

Como funcionaamplificador óptico de semicondutoresconseguir a amplificación?

Tras o advenimento da era da comunicación por fibra óptica de gran capacidade, a tecnoloxía de amplificación óptica desenvolveuse rapidamente.Amplificadores ópticosamplificar os sinais ópticos de entrada baseándose na radiación estimulada ou na dispersión estimulada. Segundo o principio de funcionamento, os amplificadores ópticos pódense dividir en amplificadores ópticos de semicondutores (SOA) eamplificadores de fibra ópticaEntre eles,amplificadores ópticos de semicondutoresson amplamente utilizados na comunicación óptica en virtude das vantaxes da ampla banda de ganancia, a boa integración e o amplo rango de lonxitudes de onda. Están compostos de rexións activas e pasivas, e a rexión activa é a rexión de ganancia. Cando o sinal luminoso pasa pola rexión activa, fai que os electróns perdan enerxía e volvan ao estado fundamental en forma de fotóns, que teñen a mesma lonxitude de onda que o sinal luminoso, amplificando así o sinal luminoso. O amplificador óptico de semicondutores converte o portador semicondutor na partícula inversa mediante a corrente de accionamento, amplifica a amplitude da luz de semente inxectada e mantén as características físicas básicas da luz de semente inxectada, como a polarización, o ancho da liña e a frecuencia. Co aumento da corrente de traballo, a potencia óptica de saída tamén aumenta nunha certa relación funcional.

Mais este crecemento non carece de límites, porque os amplificadores ópticos de semicondutores teñen un fenómeno de saturación de ganancia. O fenómeno demostra que cando a potencia óptica de entrada é constante, a ganancia aumenta co aumento da concentración do portador inxectado, pero cando a concentración do portador inxectado é demasiado grande, a ganancia saturarase ou incluso diminuirá. Cando a concentración do portador inxectado é constante, a potencia de saída aumenta co aumento da potencia de entrada, pero cando a potencia óptica de entrada é demasiado grande, a taxa de consumo do portador causada pola radiación excitada é demasiado grande, o que resulta nunha saturación ou diminución da ganancia. A razón do fenómeno de saturación de ganancia é a interacción entre os electróns e os fotóns no material da rexión activa. Tanto se os fotóns xerados no medio de ganancia como os fotóns externos, a velocidade á que a radiación estimulada consome os portadores está relacionada coa velocidade á que os portadores se repoñen ao nivel de enerxía correspondente no tempo. Ademais da radiación estimulada, a velocidade do portador consumida por outros factores tamén cambia, o que afecta negativamente á saturación de ganancia.

Dado que a función máis importante dos amplificadores ópticos de semicondutores é a amplificación lineal, principalmente para lograr a amplificación, pódense usar como amplificadores de potencia, amplificadores de liña e preamplificadores en sistemas de comunicación. No extremo transmisor, o amplificador óptico de semicondutores úsase como amplificador de potencia para mellorar a potencia de saída no extremo transmisor do sistema, o que pode aumentar considerablemente a distancia de relé do tronco do sistema. Na liña de transmisión, o amplificador óptico de semicondutores pódese usar como amplificador de relé lineal, de xeito que a distancia de relé rexenerativo de transmisión pódese ampliar de novo a pasos axigantados. No extremo receptor, o amplificador óptico de semicondutores pódese usar como preamplificador, o que pode mellorar considerablemente a sensibilidade do receptor. As características de saturación de ganancia dos amplificadores ópticos de semicondutores farán que a ganancia por bit estea relacionada coa secuencia de bits anterior. O efecto de patrón entre canles pequenas tamén se pode chamar efecto de modulación de ganancia cruzada. Esta técnica usa a media estatística do efecto de modulación de ganancia cruzada entre varias canles e introduce unha onda continua de intensidade media no proceso para manter o feixe, comprimindo así a ganancia total do amplificador. Entón, o efecto de modulación de ganancia cruzada entre as canles redúcese.

Os amplificadores ópticos de semicondutores teñen unha estrutura simple, unha integración sinxela e poden amplificar sinais ópticos de diferentes lonxitudes de onda, sendo amplamente utilizados na integración de varios tipos de láseres. Na actualidade, a tecnoloxía de integración láser baseada en amplificadores ópticos de semicondutores segue a madurar, pero aínda é necesario realizar esforzos nos seguintes tres aspectos. Un é reducir a perda de acoplamento coa fibra óptica. O principal problema do amplificador óptico de semicondutores é que a perda de acoplamento coa fibra é grande. Para mellorar a eficiencia do acoplamento, pódese engadir unha lente ao sistema de acoplamento para minimizar a perda de reflexión, mellorar a simetría do feixe e lograr un acoplamento de alta eficiencia. O segundo é reducir a sensibilidade de polarización dos amplificadores ópticos de semicondutores. A característica de polarización refírese principalmente á sensibilidade de polarización da luz incidente. Se o amplificador óptico de semicondutores non se procesa especialmente, o ancho de banda efectivo da ganancia reducirase. A estrutura de pozo cuántico pode mellorar eficazmente a estabilidade dos amplificadores ópticos de semicondutores. É posible estudar unha estrutura de pozo cuántico simple e superior para reducir a sensibilidade de polarización dos amplificadores ópticos de semicondutores. O terceiro é a optimización do proceso integrado. Na actualidade, a integración de amplificadores ópticos de semicondutores e láseres é demasiado complicada e engorrosa no procesamento técnico, o que resulta nunha gran perda na transmisión do sinal óptico e na perda de inserción do dispositivo, e o custo é demasiado elevado. Polo tanto, deberiamos tentar optimizar a estrutura dos dispositivos integrados e mellorar a precisión dos dispositivos.

Na tecnoloxía de comunicación óptica, a tecnoloxía de amplificación óptica é unha das tecnoloxías de apoio, e a tecnoloxía de amplificadores ópticos de semicondutores está a desenvolverse rapidamente. Na actualidade, o rendemento dos amplificadores ópticos de semicondutores mellorou moito, especialmente no desenvolvemento de tecnoloxías ópticas de nova xeración, como a multiplexación por división de lonxitudes de onda ou os modos de conmutación óptica. Co desenvolvemento da industria da información, introducirase a tecnoloxía de amplificación óptica axeitada para diferentes bandas e diferentes aplicacións, e o desenvolvemento e a investigación de novas tecnoloxías farán inevitablemente que a tecnoloxía de amplificadores ópticos de semicondutores continúe a desenvolverse e prosperar.