Serie di amplificatori ottici: Introduzione all'amplificatore ottico a semiconduttore

Amplificatore otticoserie: Introduzione all'amplificatore ottico a semiconduttore

Amplificatore ottico a semiconduttore(SOA) è un amplificatore ottico basato su un mezzo di guadagno a semiconduttore. È essenzialmente simile a un tubo laser a semiconduttore accoppiato in fibra, con lo specchio terminale sostituito da una pellicola antiriflesso; guide d'onda inclinate possono essere utilizzate per ridurre ulteriormente la riflettività terminale. La luce del segnale viene solitamente trasmessa attraverso una guida d'onda monomodale a semiconduttore, con una dimensione laterale di 1-2 μm e una lunghezza di circa 0,5-2 mm. La modalità della guida d'onda si sovrappone significativamente alla regione attiva (di amplificazione), che viene pompata dalla corrente. L'iniezione di corrente genera una certa densità di portatori nella banda di conduzione, consentendo transizioni ottiche dalla banda di conduzione alla banda di valenza. Il guadagno massimo si verifica a energie dei fotoni leggermente superiori all'energia del bandgap.

Principio di funzionamento dell'amplificatore ottico a semiconduttore
Amplificatori ottici a semiconduttore (SOA) amplificano i segnali luminosi incidenti tramite emissione stimolata e il loro meccanismo è lo stesso dei laser a semiconduttore.Amplificatore ottico SOAè semplicemente un laser a semiconduttore senza feedback, il cui scopo principale è ottenere un guadagno ottico invertendo il numero di particelle quando l'amplificatore ottico a semiconduttore viene pompato otticamente o elettricamente.
Tipi diAmplificatore ottico a semiconduttore SOA
In base al ruolo svolto dall'SOA nei sistemi dei clienti, questi possono essere suddivisi in quattro categorie: seriale, booster, SOA di commutazione e preamplificatore.
1. Inserzione diretta: guadagno più elevato, Psat moderato; NF più basso e PDG più basso, solitamente associato a SOA indipendente dalla polarizzazione.
2. Enhancer: Psat più alto, guadagno più basso, solitamente dipendente dalla polarizzazione;
3. Switch: rapporto di estinzione più elevato e tempo di salita/discesa più rapido;
4. Preamplificatore: adatto per distanze di trasmissione maggiori, NF più basso e guadagno più elevato.
Vantaggi dell'amplificatore ottico a semiconduttore SOA
Il guadagno ottico fornito da SOA all'interno della larghezza di banda è relativamente indipendente dalla lunghezza d'onda del segnale ottico incidente.
Iniettare la corrente come segnale di pompaggio amplificato, anziché come pompaggio ottico.
Grazie alle sue dimensioni compatte, SOA può essere integrato con più dispositivi fotonici a guida d'onda su un singolo substrato planare.
4. Utilizzano la stessa tecnologia dei laser a diodi.
SOA può operare nelle bande spettrali di comunicazione di 1300 nm e 1550 nm, con una larghezza di banda più ampia (fino a 100 nm).
6. Possono essere configurati e integrati per fungere da preamplificatori all'estremità del ricevitore ottico.
SOA può essere utilizzato come una semplice porta logica nelle reti ottiche WDM.

Limitazioni dell'amplificatore ottico a semiconduttore SOA
SOA può fornire una potenza ottica in uscita fino a decine di milliwatt (mW), generalmente sufficiente per il funzionamento a canale singolo nei collegamenti di comunicazione in fibra ottica. Tuttavia, i sistemi WDM possono richiedere fino a diversi mW di potenza per canale.
2. Poiché l'accoppiamento delle fibre ottiche in ingresso e in uscita dai chip integrati SOA spesso causa perdita di segnale, SOA deve fornire un guadagno ottico aggiuntivo per ridurre al minimo l'impatto di questa perdita sugli aspetti di input/output della regione attiva.
SOA è estremamente sensibile alla polarizzazione dei segnali ottici in ingresso.
4. Generano livelli di rumore più elevati nei mezzi attivi rispetto agli amplificatori in fibra.
Se nelle applicazioni WDM vengono amplificati più canali ottici secondo necessità, l'SOA causerà una forte diafonia.