¿Cómo logra la amplificación el amplificador óptico semiconductor?

¿Cómo funciona?amplificador óptico semiconductor¿lograr amplificación?

Después de la llegada de la era de la comunicación por fibra óptica de gran capacidad, la tecnología de amplificación óptica se ha desarrollado rápidamente.amplificadores ópticosAmplifican las señales ópticas de entrada mediante radiación estimulada o dispersión estimulada. Según su principio de funcionamiento, los amplificadores ópticos se dividen en amplificadores ópticos semiconductores (SOA) yamplificadores de fibra óptica. Entre ellos,amplificadores ópticos de semiconductoresSe utilizan ampliamente en comunicaciones ópticas gracias a sus ventajas: una amplia banda de ganancia, una buena integración y un amplio rango de longitudes de onda. Se componen de regiones activas y pasivas, siendo la región activa la de ganancia. Cuando la señal luminosa atraviesa la región activa, los electrones pierden energía y regresan 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 el portador semiconductor en la partícula inversa mediante la corriente de excitación, amplifica la amplitud de la luz inyectada y mantiene sus características físicas básicas, como la polarización, el ancho de línea y la frecuencia. Al aumentar la corriente de trabajo, la potencia óptica de salida también aumenta en una relación funcional determinada.

Sin embargo, este crecimiento no es ilimitado, ya que los amplificadores ópticos semiconductores presentan un fenómeno de saturación de ganancia. Este fenómeno muestra que, cuando la potencia óptica de entrada es constante, la ganancia aumenta con el aumento de la concentración de portadores inyectados; sin embargo, cuando esta concentración es demasiado alta, la ganancia se satura o incluso disminuye. Cuando la concentración de portadores inyectados es constante, la potencia de salida aumenta con el aumento de la potencia de entrada; sin embargo, cuando la potencia óptica de entrada es demasiado alta, la tasa de consumo de portadores causada por la radiación excitada es demasiado alta, lo que resulta en la saturación o disminución de la ganancia. La razón de este fenómeno de saturación de ganancia es la interacción entre electrones y fotones en el material de la región activa. Ya sean los fotones generados en el medio de ganancia o los fotones externos, la velocidad a la que la radiación estimulada consume los portadores está relacionada con la velocidad a la que estos se reponen al nivel de energía correspondiente con el tiempo. Además de la radiación estimulada, la tasa de consumo de portadores por otros factores también cambia, lo que afecta negativamente a la saturación de ganancia.

Dado que la función más importante de los amplificadores ópticos semiconductores es la amplificación lineal, se pueden utilizar como amplificadores de potencia, amplificadores de línea y preamplificadores en sistemas de comunicación. En el extremo de transmisión, el amplificador óptico semiconductor se utiliza como amplificador de potencia para aumentar la potencia de salida, lo que aumenta considerablemente la distancia de transmisión del sistema troncal. En la línea de transmisión, el amplificador óptico semiconductor puede utilizarse como amplificador de relé lineal, ampliando considerablemente la distancia de transmisión regenerativa. En el extremo de recepción, el amplificador óptico semiconductor puede utilizarse como preamplificador, lo que mejora considerablemente la sensibilidad del receptor. Las características de saturación de ganancia de los amplificadores ópticos semiconductores hacen que la ganancia por bit se relacione con la secuencia de bits anterior. El efecto de patrón entre canales pequeños también se denomina efecto de modulación de ganancia cruzada. Esta técnica utiliza el promedio estadístico del efecto de modulación de ganancia cruzada entre múltiples canales e introduce una onda continua de intensidad media para mantener el haz y, de este modo, comprimir la ganancia total del amplificador. Entonces se reduce el efecto de modulación de ganancia cruzada entre canales.

Los amplificadores ópticos semiconductores presentan una estructura simple, son fáciles de integrar y pueden amplificar señales ópticas de diferentes longitudes de onda. Se utilizan ampliamente en la integración de diversos tipos de láseres. Actualmente, la tecnología de integración láser basada en amplificadores ópticos semiconductores continúa evolucionando, pero aún se requieren esfuerzos en tres aspectos: uno es reducir la pérdida de acoplamiento con la fibra óptica. El principal problema de los amplificadores ópticos semiconductores es que la pérdida de acoplamiento con la fibra es elevada. Para mejorar la eficiencia de acoplamiento, se puede añadir una lente al sistema de acoplamiento para minimizar la pérdida por reflexión, mejorar la simetría del haz y lograr un acoplamiento de alta eficiencia; el segundo es 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 específicamente, se reducirá el ancho de banda efectivo de la ganancia. 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 los amplificadores ópticos semiconductores; y el tercero es la optimización del proceso de integración. Actualmente, la integración de amplificadores ópticos semiconductores y láseres es demasiado compleja y engorrosa en términos de procesamiento técnico, lo que resulta en una gran pérdida en la transmisión de señales ópticas y pérdidas de inserción del dispositivo, además de ser costosa. Por lo tanto, debemos optimizar la estructura de los dispositivos integrados y mejorar su precisión.

En la tecnología de comunicación óptica, la amplificación óptica es una de las tecnologías de apoyo, y la tecnología de amplificadores ópticos de semiconductores se encuentra en un rápido desarrollo. Actualmente, el rendimiento de estos amplificadores ha mejorado considerablemente, especialmente con el 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 introducirá la tecnología de amplificación óptica adecuada para diferentes bandas y aplicaciones, y el desarrollo y la investigación de nuevas tecnologías impulsarán inevitablemente el desarrollo y el auge de la tecnología de amplificadores ópticos de semiconductores.