Ako dosahuje polovodičový optický zosilňovač zosilnenie?

Ako to fungujepolovodičový optický zosilňovačdosiahnuť zosilnenie?

Po príchode éry veľkokapacitnej optickej komunikácie sa technológia optického zosilnenia rýchlo rozvíjala.Optické zosilňovačezosilňujú vstupné optické signály na základe stimulovaného žiarenia alebo stimulovaného rozptylu. Podľa princípu činnosti možno optické zosilňovače rozdeliť na polovodičové optické zosilňovače (SOA) azosilňovače optických vlákienMedzi nimi,polovodičové optické zosilňovačeVďaka výhodám širokého pásma zosilnenia, dobrej integrácie a širokého rozsahu vlnových dĺžok sa široko používajú v optickej komunikácii. Skladajú sa z aktívnych a pasívnych oblastí, pričom aktívna oblasť je oblasťou zosilnenia. Keď svetelný signál prechádza aktívnou oblasťou, elektróny strácajú energiu a vracajú sa do základného stavu vo forme fotónov, ktoré majú rovnakú vlnovú dĺžku ako svetelný signál, čím sa svetelný signál zosilňuje. Polovodičový optický zosilňovač premieňa polovodičový nosič na reverznú časticu pomocou budiaceho prúdu, zosilňuje amplitúdu vstrekovaného svetelného zdroja a zachováva základné fyzikálne vlastnosti vstrekovaného svetelného zdroja, ako je polarizácia, šírka čiary a frekvencia. So zvyšujúcim sa pracovným prúdom sa v určitom funkčnom vzťahu zvyšuje aj výstupný optický výkon.

Tento rast však nie je bez hraníc, pretože polovodičové optické zosilňovače majú jav saturácie zisku. Tento jav ukazuje, že keď je vstupný optický výkon konštantný, zisk sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou vstrekovaných nosičov, ale keď je koncentrácia vstrekovaných nosičov príliš veľká, zisk sa nasýti alebo dokonca zníži. Keď je koncentrácia vstrekovaných nosičov konštantná, výstupný výkon sa zvyšuje so zvyšujúcim sa vstupným výkonom, ale keď je vstupný optický výkon príliš veľký, miera spotreby nosičov spôsobená excitovaným žiarením je príliš veľká, čo vedie k saturácii alebo poklesu zisku. Dôvodom javu saturácie zisku je interakcia medzi elektrónmi a fotónmi v materiáli aktívnej oblasti. Či už ide o fotóny generované v zosilňovacom médiu alebo o externé fotóny, rýchlosť, akou stimulované žiarenie spotrebúva nosiče, súvisí s rýchlosťou, akou sa nosiče v čase dopĺňajú na zodpovedajúcu energetickú úroveň. Okrem stimulovaného žiarenia sa mení aj rýchlosť spotreby nosičov v dôsledku iných faktorov, čo nepriaznivo ovplyvňuje saturáciu zisku.

Keďže najdôležitejšou funkciou polovodičových optických zosilňovačov je lineárne zosilnenie, najmä na dosiahnutie zosilnenia, môžu sa v komunikačných systémoch použiť ako výkonové zosilňovače, linkové zosilňovače a predzosilňovače. Na vysielacom konci sa polovodičový optický zosilňovač používa ako výkonový zosilňovač na zvýšenie výstupného výkonu na vysielacom konci systému, čo môže výrazne zvýšiť reléovú vzdialenosť systémového vedenia. V prenosovom vedení sa môže polovodičový optický zosilňovač použiť ako lineárny reléový zosilňovač, takže prenosovú regeneratívnu reléovú vzdialenosť je možné opäť výrazne predĺžiť. Na prijímacom konci sa môže polovodičový optický zosilňovač použiť ako predzosilňovač, čo môže výrazne zlepšiť citlivosť prijímača. Charakteristiky saturácie zisku polovodičových optických zosilňovačov spôsobia, že zisk na bit bude súvisieť s predchádzajúcou bitovou sekvenciou. Efekt vzoru medzi malými kanálmi sa môže nazývať aj efekt krížovej modulácie zisku. Táto technika využíva štatistický priemer efektu krížovej modulácie zisku medzi viacerými kanálmi a zavádza do procesu kontinuálnu vlnu strednej intenzity na udržanie lúča, čím sa kompresuje celkový zisk zosilňovača. Potom sa zníži efekt krížovej modulácie zisku medzi kanálmi.

Polovodičové optické zosilňovače majú jednoduchú štruktúru, ľahkú integráciu a dokážu zosilňovať optické signály rôznych vlnových dĺžok. Široko sa používajú pri integrácii rôznych typov laserov. V súčasnosti technológia laserovej integrácie založená na polovodičových optických zosilňovačoch neustále dozrieva, ale stále je potrebné vynaložiť úsilie v nasledujúcich troch aspektoch. Prvým je zníženie straty väzby s optickým vláknom. Hlavným problémom polovodičového optického zosilňovača je, že strata väzby s vláknom je veľká. Na zlepšenie účinnosti väzby je možné do spojovacieho systému pridať šošovku, aby sa minimalizovali straty odrazom, zlepšila symetria lúča a dosiahla sa vysoká účinnosť väzby. Druhým je zníženie polarizačnej citlivosti polovodičových optických zosilňovačov. Polarizačná charakteristika sa vzťahuje najmä na polarizačnú citlivosť dopadajúceho svetla. Ak polovodičový optický zosilňovač nie je špeciálne spracovaný, efektívna šírka pásma zosilnenia sa zníži. Štruktúra kvantovej jamy môže účinne zlepšiť stabilitu polovodičových optických zosilňovačov. Je možné študovať jednoduchú a lepšiu štruktúru kvantovej jamy na zníženie polarizačnej citlivosti polovodičových optických zosilňovačov. Tretím je optimalizácia integračného procesu. V súčasnosti je integrácia polovodičových optických zosilňovačov a laserov príliš komplikovaná a technicky ťažkopádna, čo vedie k veľkým stratám pri prenose optického signálu a vložnému útlmu zariadenia a náklady sú príliš vysoké. Preto by sme sa mali snažiť optimalizovať štruktúru integrovaných zariadení a zlepšiť ich presnosť.

V oblasti optickej komunikačnej technológie je technológia optického zosilňovania jednou z podporných technológií a technológia polovodičových optických zosilňovačov sa rýchlo rozvíja. V súčasnosti sa výkon polovodičových optických zosilňovačov výrazne zlepšil, najmä vo vývoji optických technológií novej generácie, ako je multiplexovanie s delením vlnových dĺžok alebo optické prepínacie režimy. S rozvojom informačného priemyslu sa zavádza technológia optického zosilňovania vhodná pre rôzne pásma a rôzne aplikácie a vývoj a výskum nových technológií nevyhnutne povedú k ďalšiemu rozvoju a prosperite technológie polovodičových optických zosilňovačov.