Co je topolovodičový optický zesilovač
Polovodičový optický zesilovač je typ optického zesilovače, který využívá polovodičové zesilovací médium. Je podobný laserové diodě, u které je zrcadlo na spodním konci nahrazeno poloreflexní vrstvou. Signální světlo je propouštěno polovodičovým jednomódovým vlnovodem. Příčný rozměr vlnovodu je 1–2 mikrometry a jeho délka je řádově 0,5–2 mm. Mód vlnovodu se výrazně překrývá s aktivní (zesilovací) oblastí, která je buzena proudem. Injektovaný proud generuje určitou koncentraci nosičů ve vodivostním pásmu, což umožňuje optický přechod z vodivostního pásma do valenčního pásma. Vrcholové zesílení nastává, když je energie fotonu mírně větší než energie zakázaného pásu. Optický zesilovač SOA se obvykle používá v telekomunikačních systémech ve formě pigtailů s provozní vlnovou délkou kolem 1300 nm nebo 1500 nm, což poskytuje zisk přibližně 30 dB.
Ten/Ta/ToSOA polovodičový optický zesilovačje PN přechodové zařízení se strukturou kvantové jámy s deformačním napětím. Externí dopředné předpětí obrací počet dielektrických částic. Po vstupu externího excitačního světla je generováno stimulované záření, čímž se dosahuje zesílení optických signálů. Všechny výše uvedené tři procesy přenosu energie existují vOptický zesilovač SOAZesílení optických signálů je založeno na stimulované emisi. Procesy stimulované absorpce a stimulované emise probíhají současně. Stimulovaná absorpce budicího světla může být využita k urychlení regenerace nosičů náboje a zároveň může elektrické čerpadlo posílat elektrony na vysokou energetickou hladinu (vodivostní pásmo). Když je spontánní záření zesíleno, vzniká zesílený šum spontánního záření. Optický zesilovač SOA je založen na polovodičových čipech.
Polovodičové čipy se skládají ze složených polovodičů, jako jsou GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP a InP/InAlGaAs atd. Tyto materiály se používají i pro výrobu polovodičových laserů. Konstrukce vlnovodu SOA je stejná nebo podobná jako u laserů. Rozdíl spočívá v tom, že lasery potřebují kolem zesilovacího média vytvořit rezonanční dutinu, aby generovaly a udržovaly oscilaci optického signálu. Optický signál bude v dutině několikrát zesílen, než bude vyslán na výstup.SOA zesilovač(to, co zde probíráme, se omezuje na zesilovače s postupnou vlnou používané ve většině aplikací), světlo stačí projít zesilovacím médiem pouze jednou a zpětný odraz je minimální. Struktura zesilovače SOA se skládá ze tří oblastí: oblasti P, oblasti I (aktivní vrstva nebo uzel) a oblasti N. Aktivní vrstva se obvykle skládá z kvantových jám, které mohou zlepšit účinnost fotoelektrické konverze a snížit prahový proud.
Obrázek 1 Vláknový laser s integrovaným SOA pro generování optických pulzů
Aplikováno na přenos kanálů
SOA se obvykle nepoužívají jen k zesilování: lze je také použít v oblasti optické komunikace, v aplikacích založených na nelineárních procesech, jako je saturační zesílení nebo fázová polarizace, které využívají změny koncentrace nosičů v optickém zesilovači SOA k dosažení různých indexů lomu. Tyto efekty lze aplikovat na přenos kanálů (konverzi vlnové délky), konverzi modulačního formátu, obnovu hodin, regeneraci signálu a rozpoznávání vzorů atd. v systémech vlnového multiplexování.
S pokrokem v technologii optoelektronických integrovaných obvodů a snižováním výrobních nákladů se budou i nadále rozšiřovat aplikační oblasti polovodičových optických zesilovačů SOA jako základních zesilovačů, funkčních optických zařízení a subsystémových komponent.
Čas zveřejnění: 23. června 2025