Jak sepolovodičový optický zesilovačdosáhnout zesílení?
Po nástupu éry velkokapacitní optické komunikace se technologie optického zesilování rychle rozvíjela.Optické zesilovačezesilují vstupní optické signály na základě stimulovaného záření nebo stimulovaného rozptylu. Podle principu činnosti lze optické zesilovače rozdělit na polovodičové optické zesilovače (SOA (Sustainability Architecture)) aoptické zesilovačeMezi nimipolovodičové optické zesilovačeJsou široce používány v optické komunikaci díky výhodám širokého pásma zesílení, dobré integrace a širokého rozsahu vlnových délek. Skládají se z aktivních a pasivních oblastí, přičemž aktivní oblast je oblastí zesílení. Když světelný signál prochází aktivní oblastí, elektrony ztrácejí energii a vracejí se do základního stavu ve formě fotonů, které mají stejnou vlnovou délku jako světelný signál, čímž jej zesilují. Polovodičový optický zesilovač převádí polovodičový nosič na reverzní částici pomocí budicího proudu, zesiluje amplitudu vstřikovaného zářivkového světla a zachovává základní fyzikální vlastnosti vstřikovaného zářivkového světla, jako je polarizace, šířka čáry a frekvence. Se zvyšujícím se pracovním proudem se v určitém funkčním vztahu zvyšuje i výstupní optický výkon.
Tento růst však není bez hranic, protože polovodičové optické zesilovače mají jev saturace zisku. Tento jev ukazuje, že když je vstupní optický výkon konstantní, zisk se zvyšuje se zvyšující se koncentrací injektovaných nosičů náboje, ale když je koncentrace injektovaných nosičů příliš velká, zisk se saturuje nebo dokonce snižuje. Pokud je koncentrace injektovaných nosičů konstantní, výstupní výkon se zvyšuje se zvyšujícím se vstupním výkonem, ale když je vstupní optický výkon příliš velký, je míra spotřeby nosičů náboje způsobená excitovaným zářením příliš velká, což vede k saturaci nebo poklesu zisku. Důvodem jevu saturace zisku je interakce mezi elektrony a fotony v materiálu aktivní oblasti. Ať už se jedná o fotony generované v zesilovacím médiu nebo o externí fotony, rychlost, s jakou stimulované záření spotřebovává nosiče náboje, souvisí s rychlostí, s jakou se nosiče v čase doplňují na odpovídající energetickou hladinu. Kromě stimulovaného záření se mění i rychlost spotřeby nosičů náboje v důsledku dalších faktorů, což nepříznivě ovlivňuje saturaci zisku.
Protože nejdůležitější funkcí polovodičových optických zesilovačů je lineární zesílení, zejména k dosažení zesílení, lze je v komunikačních systémech použít jako výkonové zesilovače, linkové zesilovače a předzesilovače. Na vysílací straně se polovodičový optický zesilovač používá jako výkonový zesilovač pro zvýšení výstupního výkonu na vysílacím konci systému, což může výrazně zvýšit reléovou vzdálenost systémového vedení. V přenosovém vedení lze polovodičový optický zesilovač použít jako lineární reléový zesilovač, takže lze rekuperativní reléovou vzdálenost přenosu opět výrazně prodloužit. Na přijímací straně lze polovodičový optický zesilovač použít jako předzesilovač, což může výrazně zlepšit citlivost přijímače. Charakteristiky saturace zesílení polovodičových optických zesilovačů způsobí, že zesílení na bit bude vztaženo k předchozí bitové sekvenci. Efekt vzoru mezi malými kanály lze také nazvat efektem křížové modulace zesílení. Tato technika využívá statistický průměr efektu křížové modulace zesílení mezi více kanály a do procesu zavádí spojitou vlnu střední intenzity pro udržení paprsku, čímž se komprimuje celkový zisk zesilovače. Tím se snižuje efekt křížové modulace zesílení mezi kanály.
Polovodičové optické zesilovače mají jednoduchou strukturu, snadnou integraci a dokáží zesilovat optické signály různých vlnových délek. Jsou široce používány při integraci různých typů laserů. V současné době se technologie laserové integrace založená na polovodičových optických zesilovačích dále rozvíjí, ale stále je třeba vynaložit úsilí v následujících třech aspektech. Prvním je snížení ztráty vazby s optickým vláknem. Hlavním problémem polovodičového optického zesilovače je, že ztráta vazby s vláknem je velká. Pro zlepšení účinnosti vazby lze do vazebního systému přidat čočku, aby se minimalizovaly ztráty odrazem, zlepšila symetrie paprsku a dosáhlo se vysoké účinnosti vazby. Druhým je snížení polarizační citlivosti polovodičových optických zesilovačů. Polarizační charakteristika se týká především polarizační citlivosti dopadajícího světla. Pokud není polovodičový optický zesilovač speciálně zpracován, efektivní šířka pásma zesílení se sníží. Struktura kvantové jámy může účinně zlepšit stabilitu polovodičových optických zesilovačů. Je možné studovat jednoduchou a vynikající strukturu kvantové jámy pro snížení polarizační citlivosti polovodičových optických zesilovačů. Třetím je optimalizace integračního procesu. V současné době je integrace polovodičových optických zesilovačů a laserů z hlediska technického zpracování příliš složitá a těžkopádná, což vede k velkým ztrátám v přenosu optického signálu a vložnému útlumu zařízení a náklady jsou příliš vysoké. Proto bychom se měli snažit optimalizovat strukturu integrovaných zařízení a zlepšit jejich přesnost.
V oblasti optické komunikační technologie je technologie optického zesilování jednou z podpůrných technologií a technologie polovodičových optických zesilovačů se rychle rozvíjí. V současné době se výkon polovodičových optických zesilovačů výrazně zlepšil, zejména ve vývoji optických technologií nové generace, jako je multiplexování s vlnovým dělením nebo optické přepínací režimy. S rozvojem informačního průmyslu se zavádějí technologie optického zesilování vhodné pro různá pásma a různé aplikace a vývoj a výzkum nových technologií nevyhnutelně povede k dalšímu rozvoji a prosperitě technologie polovodičových optických zesilovačů.
Čas zveřejnění: 25. února 2025