¿Cómo?amplificador óptico semiconductor¿Lograr la amplificación?
Tras la llegada de la era de las comunicaciones por fibra óptica de gran capacidad, la tecnología de amplificación óptica se ha desarrollado rápidamente.amplificadores ópticosAmplifican las señales ópticas de entrada basándose en la radiación estimulada o la dispersión estimulada. Según su principio de funcionamiento, los amplificadores ópticos se pueden dividir en amplificadores ópticos semiconductores (SOA) yamplificadores de fibra ópticaEntre ellos,amplificadores ópticos semiconductoresLos amplificadores ópticos semiconductores se utilizan ampliamente en comunicaciones ópticas debido a sus ventajas: amplio ancho de banda de ganancia, buena integración y amplio rango de longitudes de onda. Se componen de regiones activas y pasivas, siendo la región activa la que proporciona la ganancia. Cuando la señal luminosa atraviesa la región activa, provoca que los electrones pierdan energía y regresen a su estado fundamental en forma de fotones, que tienen la misma longitud de onda que la señal luminosa, amplificándola así. El amplificador óptico semiconductor convierte los portadores del semiconductor en partículas de polarización inversa mediante la corriente de accionamiento, amplificando la amplitud de la luz semilla inyectada y manteniendo sus características físicas básicas, como la polarización, el ancho de línea y la frecuencia. Con el aumento de la corriente de accionamiento, la potencia óptica de salida también aumenta de forma proporcional.
Sin embargo, este crecimiento no es ilimitado, ya que los amplificadores ópticos semiconductores presentan un fenómeno de saturación de ganancia. Este fenómeno se manifiesta cuando la potencia óptica de entrada es constante, y la ganancia aumenta con la concentración de portadores inyectados. No obstante, si esta concentración es demasiado alta, la ganancia se satura o incluso disminuye. De igual manera, cuando la concentración de portadores inyectados es constante, la potencia de salida aumenta con la potencia de entrada. Sin embargo, si la potencia óptica de entrada es excesiva, la tasa de consumo de portadores causada por la radiación excitada es demasiado alta, lo que provoca la saturación o disminución de la ganancia. La causa de la saturación de ganancia radica en la interacción entre electrones y fotones en el material de la región activa. Tanto para los fotones generados en el medio de ganancia como para los fotones externos, la tasa de consumo de portadores por la radiación estimulada está relacionada con la tasa de reposición de portadores al nivel de energía correspondiente. Además de la radiación estimulada, la tasa de consumo de portadores debida a otros factores también varía, lo que afecta negativamente la saturación de ganancia.
Dado que la función principal de los amplificadores ópticos semiconductores es la amplificación lineal, se utilizan como amplificadores de potencia, amplificadores de línea y preamplificadores en sistemas de comunicación. En el extremo transmisor, se emplean como amplificadores de potencia para aumentar la potencia de salida, lo que permite incrementar significativamente el alcance del enlace troncal del sistema. En la línea de transmisión, funcionan como amplificadores de retransmisión lineal, extendiendo aún más el alcance de la transmisión regenerativa. En el extremo receptor, actúan como preamplificadores, mejorando notablemente la sensibilidad del receptor. La saturación de ganancia de estos amplificadores provoca que la ganancia por bit dependa de la secuencia de bits anterior. El efecto de modulación cruzada entre canales pequeños se conoce como modulación de ganancia cruzada. Esta técnica utiliza el promedio estadístico de la modulación de ganancia cruzada entre múltiples canales e introduce una onda continua de intensidad media para mantener el haz, comprimiendo así la ganancia total del amplificador. De este modo, se reduce el efecto de modulación de ganancia cruzada entre canales.
Los amplificadores ópticos semiconductores poseen una estructura simple, fácil integración y la capacidad de amplificar señales ópticas de diferentes longitudes de onda, por lo que se utilizan ampliamente en la integración de diversos tipos de láseres. Actualmente, la tecnología de integración láser basada en amplificadores ópticos semiconductores continúa desarrollándose, pero aún se requiere trabajo en tres aspectos. Primero, reducir la pérdida de acoplamiento con la fibra óptica. El principal problema de los amplificadores ópticos semiconductores radica en la elevada pérdida de acoplamiento con la fibra. Para mejorar la eficiencia de acoplamiento, se puede añadir una lente al sistema para minimizar la pérdida por reflexión, mejorar la simetría del haz y lograr un acoplamiento de alta eficiencia. Segundo, reducir la sensibilidad a la polarización de los amplificadores ópticos semiconductores. La característica de polarización se refiere principalmente a la sensibilidad a la polarización de la luz incidente. Si el amplificador óptico semiconductor no se procesa adecuadamente, el ancho de banda efectivo de la ganancia se reduce. La estructura de pozo cuántico puede mejorar eficazmente la estabilidad de los amplificadores ópticos semiconductores. Es posible estudiar una estructura de pozo cuántico simple y superior para reducir la sensibilidad a la polarización de estos amplificadores. Tercero, optimizar el proceso de integración. En la actualidad, la integración de amplificadores ópticos semiconductores y láseres resulta demasiado compleja y laboriosa en su procesamiento técnico, lo que conlleva una gran pérdida en la transmisión de la señal óptica y en la inserción del dispositivo, además de un coste muy elevado. Por lo tanto, debemos optimizar la estructura de los dispositivos integrados y mejorar su precisión.
En la tecnología de comunicaciones ópticas, la amplificación óptica es una de las tecnologías de apoyo, y la tecnología de amplificadores ópticos semiconductores se está desarrollando rápidamente. Actualmente, el rendimiento de estos amplificadores ha mejorado notablemente, especialmente gracias al desarrollo de tecnologías ópticas de nueva generación como la multiplexación por división de longitud de onda o los modos de conmutación óptica. Con el desarrollo de la industria de la información, se introducirán tecnologías de amplificación óptica adecuadas para diferentes bandas y aplicaciones, y el desarrollo y la investigación de nuevas tecnologías impulsarán inevitablemente el continuo desarrollo y la prosperidad de la tecnología de amplificadores ópticos semiconductores.
Fecha de publicación: 25 de febrero de 2025