Cómoamplificador óptico de semiconductoreslograr la amplificación?
Después del advenimiento de la era de la comunicación de fibra óptica de gran capacidad, la tecnología de amplificación óptica se ha desarrollado rápidamente.Amplificadores ópticosAmplifique las señales ópticas de entrada basadas en radiación estimulada o dispersión estimulada. Según el principio de funcionamiento, los amplificadores ópticos se pueden dividir en amplificadores ópticos de semiconductores (SOA) yamplificadores de fibra óptica. Entre ellos,amplificadores ópticos de semiconductoresse utilizan ampliamente en la comunicación óptica en virtud de las ventajas de una banda de ganancia amplia, buena integración y amplio rango de longitud de onda. Están compuestos de regiones activas y pasivas, y la región activa es la región de ganancia. Cuando la señal de luz pasa a través de la región activa, hace que los electrones pierdan energía y regresen al estado de tierra en forma de fotones, que tienen la misma longitud de onda que la señal de luz, amplificando así la señal de luz. El amplificador óptico semiconductor convierte el portador de semiconductores en la partícula inversa por la corriente de conducción, amplifica la amplitud de la luz de semilla inyectada y mantiene las características físicas básicas de la luz de semilla inyectada, como la polarización, el ancho de línea y la frecuencia. Con el aumento de la corriente de trabajo, la potencia óptica de salida también aumenta en una determinada relación funcional.
Pero este crecimiento no está exento de límites, porque los amplificadores ópticos de semiconductores tienen un fenómeno de saturación de ganancia. El fenómeno muestra que cuando la potencia óptica de entrada es constante, la ganancia aumenta con el aumento de la concentración de portador inyectado, pero cuando la concentración de portador inyectado es demasiado grande, la ganancia se saturará o incluso disminuirá. Cuando la concentración del portador inyectado es constante, la potencia de salida aumenta con el aumento de la potencia de entrada, pero cuando la potencia óptica de entrada es demasiado grande, la tasa de consumo del portador causada por la radiación excitada es demasiado grande, lo que resulta en una saturación o disminución de ganancia. La razón del fenómeno de saturación de ganancias es la interacción entre electrones y fotones en el material de la región activa. Ya sea que 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 los portadores se reponen al nivel de energía correspondiente en el tiempo. Además de la radiación estimulada, la velocidad del portador consumida por otros factores también cambia, lo que afecta negativamente la saturación de ganancias.
Dado que la función más importante de los amplificadores ópticos de semiconductores es la amplificación lineal, principalmente para lograr la amplificación, puede usarse como amplificadores de potencia, amplificadores de línea y preamplificadores en los sistemas de comunicación. En el extremo de transmisión, el amplificador óptico de semiconductores se usa como un amplificador de potencia para mejorar la potencia de salida en el extremo de transmisión del sistema, lo que puede aumentar en gran medida la distancia de retransmisión del tronco del sistema. En la línea de transmisión, el amplificador óptico de semiconductores se puede usar como un amplificador de relé lineal, de modo que la distancia de retransmisión regenerativa de transmisión se puede extender nuevamente por saltos y límites. En el extremo receptor, el amplificador óptico de semiconductores se puede usar como un preamplificador, que puede mejorar en gran medida la sensibilidad del receptor. Las características de saturación de ganancia de los amplificadores ópticos de semiconductores hará que la ganancia por bit se relacione con la secuencia de bits anterior. El efecto del patrón entre los canales pequeños también se puede llamar efecto de modulación de la vicitución cruzada. Esta técnica utiliza el promedio estadístico del efecto de modulación de la ganancia cruzada entre múltiples canales e introduce una onda continua de intensidad media en el proceso para mantener el haz, lo que comprime la ganancia total del amplificador. Luego se reduce el efecto de modulación de ganancia cruzada entre los canales.
Los amplificadores ópticos de semiconductores tienen una estructura simple, una fácil integración y pueden amplificar señales ópticas de diferentes longitudes de onda, y se usan ampliamente en la integración de varios tipos de láseres. En la actualidad, la tecnología de integración láser basada en amplificadores ópticos de semiconductores continúa madurando, pero aún se deben hacer esfuerzos en los siguientes tres aspectos. Una es reducir la pérdida de acoplamiento con la fibra óptica. El principal problema del amplificador óptico de semiconductores es que la pérdida de acoplamiento con la fibra es grande. Para mejorar la eficiencia de acoplamiento, se puede agregar una lente al sistema de acoplamiento para minimizar la pérdida de reflexión, mejorar la simetría del haz y lograr un acoplamiento de alta eficiencia. El segundo es reducir la sensibilidad de polarización de los amplificadores ópticos de semiconductores. La característica de polarización se refiere principalmente a la sensibilidad de polarización de la luz incidente. Si el amplificador óptico de semiconductores no se procesa especialmente, el ancho de banda efectivo de la ganancia se reducirá. La estructura cuántica del pozo puede mejorar efectivamente la estabilidad de los amplificadores ópticos de semiconductores. Es posible estudiar una estructura de pozo cuántico simple y superior para reducir la sensibilidad de polarización de los amplificadores ópticos semiconductores. El tercero es la optimización del proceso integrado. En la actualidad, la integración de amplificadores ópticos y láseres de semiconductores es demasiado complicada y engorrosa en el procesamiento técnico, lo que resulta en una gran pérdida en la transmisión de señal óptica y la pérdida de inserción del dispositivo, y el costo es demasiado alto. Por lo tanto, debemos tratar de optimizar la estructura de los dispositivos integrados y mejorar la precisión de los dispositivos.
En la tecnología de comunicación óptica, la tecnología de amplificación óptica es una de las tecnologías de apoyo, y la tecnología de amplificador óptico de semiconductores se está desarrollando rápidamente. En la actualidad, el rendimiento de los amplificadores ópticos de semiconductores se ha mejorado enormemente, especialmente en el desarrollo de tecnologías ópticas de nueva generación, como la multiplexación de división de longitud de onda o 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 diferentes aplicaciones, y el desarrollo y la investigación de nuevas tecnologías inevitablemente harán que la tecnología de amplificadores ópticos de semiconductores continúe desarrollándose y prosperando.
Tiempo de publicación: febrero 25-2025