Com funcionaamplificador òptic de semiconductorsaconseguir l'amplificació?
Després de l'arribada de l'era de la comunicació per fibra òptica de gran capacitat, la tecnologia d'amplificació òptica s'ha desenvolupat ràpidament.Amplificadors òpticsamplificar els senyals òptics d'entrada basant-se en la radiació estimulada o la dispersió estimulada. Segons el principi de funcionament, els amplificadors òptics es poden dividir en amplificadors òptics de semiconductors (SOA) iamplificadors de fibra òpticaEntre ells,amplificadors òptics de semiconductorss'utilitzen àmpliament en la comunicació òptica gràcies als avantatges de l'ampla banda de guany, la bona integració i l'ampli rang de longituds d'ona. Estan compostos de regions actives i passives, i la regió activa és la regió de guany. Quan el senyal de llum passa per la regió activa, fa que els electrons perdin energia i tornin a l'estat fonamental en forma de fotons, que tenen la mateixa longitud d'ona que el senyal de llum, amplificant així el senyal de llum. L'amplificador òptic semiconductor converteix el portador semiconductor en la partícula inversa mitjançant el corrent d'accionament, amplifica l'amplitud de la llum de llavor injectada i manté les característiques físiques bàsiques de la llum de llavor injectada, com ara la polarització, l'amplada de línia i la freqüència. Amb l'augment del corrent de treball, la potència òptica de sortida també augmenta en una certa relació funcional.
Però aquest creixement no està exempt de límits, perquè els amplificadors òptics semiconductors tenen un fenomen de saturació de guanys. El fenomen demostra que quan la potència òptica d'entrada és constant, el guany augmenta amb l'augment de la concentració del portador injectat, però quan la concentració del portador injectat és massa gran, el guany es saturarà o fins i tot disminuirà. Quan la concentració del portador injectat és constant, la potència de sortida augmenta amb l'augment de la potència d'entrada, però quan la potència òptica d'entrada és massa gran, la taxa de consum del portador causada per la radiació excitada és massa gran, cosa que provoca una saturació o disminució del guany. La raó del fenomen de saturació de guanys és la interacció entre electrons i fotons al material de la regió activa. Tant si es generen fotons al medi de guany com si es generen fotons externs, la velocitat a la qual la radiació estimulada consumeix els portadors està relacionada amb la velocitat a la qual els portadors es reposen fins al nivell d'energia corresponent en el temps. A més de la radiació estimulada, la velocitat del portador consumida per altres factors també canvia, cosa que afecta negativament la saturació del guany.
Com que la funció més important dels amplificadors òptics semiconductors és l'amplificació lineal, principalment per aconseguir l'amplificació, es poden utilitzar com a amplificadors de potència, amplificadors de línia i preamplificadors en sistemes de comunicació. A l'extrem transmissor, l'amplificador òptic semiconductor s'utilitza com a amplificador de potència per millorar la potència de sortida a l'extrem transmissor del sistema, cosa que pot augmentar considerablement la distància de relé del tronc del sistema. A la línia de transmissió, l'amplificador òptic semiconductor es pot utilitzar com a amplificador de relé lineal, de manera que la distància de relé regeneratiu de transmissió es pot ampliar de nou a passos de gegant. A l'extrem receptor, l'amplificador òptic semiconductor es pot utilitzar com a preamplificador, cosa que pot millorar considerablement la sensibilitat del receptor. Les característiques de saturació de guany dels amplificadors òptics semiconductors faran que el guany per bit estigui relacionat amb la seqüència de bits anterior. L'efecte de patró entre canals petits també es pot anomenar efecte de modulació de guany creuat. Aquesta tècnica utilitza la mitjana estadística de l'efecte de modulació de guany creuat entre múltiples canals i introdueix una ona contínua d'intensitat mitjana en el procés per mantenir el feix, comprimint així el guany total de l'amplificador. Aleshores, l'efecte de modulació de guany creuat entre canals es redueix.
Els amplificadors òptics semiconductors tenen una estructura simple, una integració fàcil i poden amplificar senyals òptics de diferents longituds d'ona, i s'utilitzen àmpliament en la integració de diversos tipus de làsers. Actualment, la tecnologia d'integració làser basada en amplificadors òptics semiconductors continua madurant, però encara cal fer esforços en els tres aspectes següents. Un és reduir la pèrdua d'acoblament amb la fibra òptica. El principal problema de l'amplificador òptic semiconductor és que la pèrdua d'acoblament amb la fibra és gran. Per millorar l'eficiència de l'acoblament, es pot afegir una lent al sistema d'acoblament per minimitzar la pèrdua de reflexió, millorar la simetria del feix i aconseguir un acoblament d'alta eficiència. El segon és reduir la sensibilitat de polarització dels amplificadors òptics semiconductors. La característica de polarització es refereix principalment a la sensibilitat de polarització de la llum incident. Si l'amplificador òptic semiconductor no està especialment processat, l'ample de banda efectiu del guany es reduirà. L'estructura del pou quàntic pot millorar eficaçment l'estabilitat dels amplificadors òptics semiconductors. És possible estudiar una estructura de pou quàntic simple i superior per reduir la sensibilitat de polarització dels amplificadors òptics semiconductors. El tercer és l'optimització del procés integrat. Actualment, la integració d'amplificadors òptics semiconductors i làsers és massa complicada i feixuga en el processament tècnic, cosa que provoca una gran pèrdua en la transmissió del senyal òptic i la pèrdua d'inserció del dispositiu, i el cost és massa elevat. Per tant, hauríem d'intentar optimitzar l'estructura dels dispositius integrats i millorar la precisió dels dispositius.
En la tecnologia de la comunicació òptica, la tecnologia d'amplificació òptica és una de les tecnologies de suport, i la tecnologia d'amplificadors òptics de semiconductors s'està desenvolupant ràpidament. Actualment, el rendiment dels amplificadors òptics de semiconductors ha millorat molt, especialment en el desenvolupament de tecnologies òptiques de nova generació com la multiplexació per divisió de longitud d'ona o els modes de commutació òptica. Amb el desenvolupament de la indústria de la informació, s'introduirà la tecnologia d'amplificació òptica adequada per a diferents bandes i diferents aplicacions, i el desenvolupament i la investigació de noves tecnologies inevitablement faran que la tecnologia d'amplificadors òptics de semiconductors continuï desenvolupant-se i prosperant.
Data de publicació: 25 de febrer de 2025