Come faamplificatore ottico a semiconduttoreottenere l'amplificazione?
Dopo l'avvento dell'era delle comunicazioni in fibra ottica ad alta capacità, la tecnologia di amplificazione ottica si è sviluppata rapidamente.Amplificatori otticiamplificare i segnali ottici in ingresso in base alla radiazione stimolata o alla diffusione stimolata. Secondo il principio di funzionamento, gli amplificatori ottici possono essere suddivisi in amplificatori ottici a semiconduttore (SOA) Eamplificatori in fibra ottica. Tra loro,amplificatori ottici a semiconduttoreSono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni ottiche grazie ai vantaggi dell'ampia banda di guadagno, della buona integrazione e dell'ampio intervallo di lunghezze d'onda. Sono composti da regioni attive e passive, e la regione attiva è la regione di guadagno. Quando il segnale luminoso attraversa la regione attiva, gli elettroni perdono energia e tornano allo stato fondamentale sotto forma di fotoni, che hanno la stessa lunghezza d'onda del segnale luminoso, amplificando così il segnale luminoso. L'amplificatore ottico a semiconduttore converte il vettore semiconduttore nella particella inversa tramite la corrente di pilotaggio, amplifica l'ampiezza della luce seed iniettata e mantiene le caratteristiche fisiche di base della luce seed iniettata come polarizzazione, larghezza di linea e frequenza. Con l'aumento della corrente di lavoro, anche la potenza ottica di uscita aumenta in una certa relazione funzionale.
Ma questa crescita non è priva di limiti, poiché gli amplificatori ottici a semiconduttore presentano un fenomeno di saturazione del guadagno. Il fenomeno mostra che quando la potenza ottica in ingresso è costante, il guadagno aumenta con l'aumentare della concentrazione dei portatori iniettati, ma quando la concentrazione dei portatori iniettati è eccessiva, il guadagno si saturerà o addirittura diminuirà. Quando la concentrazione dei portatori iniettati è costante, la potenza di uscita aumenta con l'aumentare della potenza in ingresso, ma quando la potenza ottica in ingresso è eccessiva, il tasso di consumo dei portatori causato dalla radiazione eccitata è eccessivo, con conseguente saturazione o calo del guadagno. La causa del fenomeno di saturazione del guadagno è l'interazione tra elettroni e fotoni nel materiale della regione attiva. Che si tratti di fotoni generati nel mezzo di guadagno o di fotoni esterni, la velocità con cui la radiazione stimolata consuma i portatori è correlata alla velocità con cui questi si rigenerano al corrispondente livello energetico nel tempo. Oltre alla radiazione stimolata, anche la velocità dei portatori consumati da altri fattori varia, il che influisce negativamente sulla saturazione del guadagno.
Poiché la funzione più importante degli amplificatori ottici a semiconduttore è l'amplificazione lineare, principalmente per ottenere amplificazione, possono essere utilizzati come amplificatori di potenza, amplificatori di linea e preamplificatori nei sistemi di comunicazione. Sul lato di trasmissione, l'amplificatore ottico a semiconduttore viene utilizzato come amplificatore di potenza per migliorare la potenza di uscita sul lato di trasmissione del sistema, il che può aumentare notevolmente la distanza di relè del tronco del sistema. Nella linea di trasmissione, l'amplificatore ottico a semiconduttore può essere utilizzato come amplificatore di relè lineare, in modo che la distanza di relè rigenerativo di trasmissione possa essere ulteriormente estesa a passi da gigante. Sul lato di ricezione, l'amplificatore ottico a semiconduttore può essere utilizzato come preamplificatore, il che può migliorare notevolmente la sensibilità del ricevitore. Le caratteristiche di saturazione del guadagno degli amplificatori ottici a semiconduttore faranno sì che il guadagno per bit sia correlato alla sequenza di bit precedente. L'effetto di pattern tra piccoli canali può anche essere chiamato effetto di modulazione a guadagno incrociato. Questa tecnica utilizza la media statistica dell'effetto di modulazione di guadagno incrociato tra più canali e introduce un'onda continua di media intensità nel processo per mantenere il fascio, comprimendo così il guadagno totale dell'amplificatore. In questo modo, l'effetto di modulazione di guadagno incrociato tra i canali viene ridotto.
Gli amplificatori ottici a semiconduttore hanno una struttura semplice, sono facili da integrare e possono amplificare segnali ottici di diverse lunghezze d'onda, trovando ampio utilizzo nell'integrazione di vari tipi di laser. Attualmente, la tecnologia di integrazione laser basata su amplificatori ottici a semiconduttore è in continua evoluzione, ma sono ancora necessari sforzi nei seguenti tre aspetti. Il primo è la riduzione della perdita di accoppiamento con la fibra ottica. Il problema principale degli amplificatori ottici a semiconduttore è l'elevata perdita di accoppiamento con la fibra. Per migliorare l'efficienza di accoppiamento, è possibile aggiungere una lente al sistema di accoppiamento per minimizzare la perdita di riflessione, migliorare la simmetria del fascio e ottenere un accoppiamento ad alta efficienza. Il secondo è la riduzione della sensibilità alla polarizzazione degli amplificatori ottici a semiconduttore. La caratteristica di polarizzazione si riferisce principalmente alla sensibilità alla polarizzazione della luce incidente. Se l'amplificatore ottico a semiconduttore non viene elaborato in modo specifico, la larghezza di banda effettiva del guadagno sarà ridotta. La struttura a pozzo quantico può migliorare efficacemente la stabilità degli amplificatori ottici a semiconduttore. È possibile studiare una struttura a pozzo quantico semplice e avanzata per ridurre la sensibilità alla polarizzazione degli amplificatori ottici a semiconduttore. Il terzo è l'ottimizzazione del processo integrato. Attualmente, l'integrazione di amplificatori ottici a semiconduttore e laser è troppo complessa e complessa dal punto di vista tecnico, con conseguenti perdite nella trasmissione del segnale ottico e perdite di inserzione del dispositivo, oltre a un costo troppo elevato. Pertanto, dovremmo cercare di ottimizzare la struttura dei dispositivi integrati e migliorarne la precisione.
Nella tecnologia delle comunicazioni ottiche, la tecnologia di amplificazione ottica è una delle tecnologie di supporto e la tecnologia degli amplificatori ottici a semiconduttore si sta sviluppando rapidamente. Attualmente, le prestazioni degli amplificatori ottici a semiconduttore sono state notevolmente migliorate, soprattutto con lo sviluppo di tecnologie ottiche di nuova generazione come il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda o le modalità di commutazione ottica. Con lo sviluppo dell'industria dell'informazione, verranno introdotte tecnologie di amplificazione ottica adatte a diverse bande e diverse applicazioni, e lo sviluppo e la ricerca di nuove tecnologie faranno inevitabilmente sì che la tecnologia degli amplificatori ottici a semiconduttore continui a svilupparsi e prosperare.
Data di pubblicazione: 25 febbraio 2025