¿Qué es un amplificador óptico semiconductor?

¿Qué es un?amplificador óptico semiconductor

Un amplificador óptico semiconductor (SOA) es un tipo de amplificador óptico que utiliza un medio de ganancia semiconductor. Es similar a un diodo láser, en el que el espejo del extremo inferior se reemplaza por un recubrimiento semirreflectante. La luz de señal se transmite a través de una guía de onda monomodo semiconductora. La dimensión transversal de la guía de onda es de 1 a 2 micrómetros y su longitud es del orden de 0,5 a 2 mm. El modo de la guía de onda se superpone significativamente con la región activa (de amplificación), que es bombeada por la corriente. La corriente inyectada genera una cierta concentración de portadores en la banda de conducción, lo que permite la transición óptica de la banda de conducción a la banda de valencia. La ganancia máxima se produce cuando la energía del fotón es ligeramente superior a la energía de la banda prohibida. El amplificador óptico SOA se utiliza típicamente en sistemas de telecomunicaciones en forma de pigtails, con una longitud de onda de operación de alrededor de 1300 nm o 1500 nm, proporcionando aproximadamente 30 dB de ganancia.

Elamplificador óptico semiconductor SOAes un dispositivo de unión PN con una estructura de pozo cuántico de tensión. La polarización directa externa invierte el número de partículas dieléctricas. Después de que entra la luz de excitación externa, se genera radiación estimulada, logrando la amplificación de las señales ópticas. Los tres procesos de transferencia de energía anteriores existen enamplificador óptico SOALa amplificación de señales ópticas se basa en la emisión estimulada. Los procesos de absorción y emisión estimuladas coexisten. La absorción estimulada de la luz de bombeo puede utilizarse para acelerar la recuperación de portadores, y al mismo tiempo, el bombeo eléctrico puede enviar electrones a un nivel de alta energía (banda de conducción). Cuando se amplifica la radiación espontánea, se genera ruido de radiación espontánea amplificado. El amplificador óptico SOA se basa en chips semiconductores.

Los chips semiconductores están compuestos de semiconductores compuestos, como GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, etc. Estos son también los materiales para fabricar láseres semiconductores. El diseño de la guía de ondas de un SOA es igual o similar al de los láseres. La diferencia radica en que los láseres necesitan formar una cavidad resonante alrededor del medio de ganancia para generar y mantener la oscilación de la señal óptica. La señal óptica se amplificará varias veces en la cavidad antes de ser emitida.amplificador SOA(Lo que aquí se analiza se limita a los amplificadores de onda viajera utilizados en la mayoría de las aplicaciones). La luz solo necesita pasar una vez a través del medio de ganancia, y la reflexión hacia atrás es mínima. La estructura del amplificador SOA consta de tres áreas: Área P, Área I (capa activa o nodo) y Área N. La capa activa suele estar compuesta por pozos cuánticos, que mejoran la eficiencia de conversión fotoeléctrica y reducen la corriente umbral.

Figura 1. Láser de fibra con SOA integrado para la generación de pulsos ópticos.

Aplicado a la transferencia de canales

Los SOA no solo se aplican a la amplificación, sino que también se utilizan en el campo de la comunicación por fibra óptica, en aplicaciones basadas en procesos no lineales como la ganancia de saturación o la polarización de fase cruzada. Estas aplicaciones aprovechan la variación de la concentración de portadores en el amplificador óptico SOA para obtener índices de refracción variables. Estos efectos se pueden aplicar a la transferencia de canales (conversión de longitud de onda), la conversión de formato de modulación, la recuperación de reloj, la regeneración de señales y el reconocimiento de patrones, entre otros, en sistemas de multiplexación por división de longitud de onda.

Con el avance de la tecnología de circuitos integrados optoelectrónicos y la reducción de los costes de fabricación, los campos de aplicación de los amplificadores ópticos semiconductores SOA como amplificadores básicos, dispositivos ópticos funcionales y componentes de subsistemas seguirán expandiéndose.