Serie di amplificatori ottici: Introduzione agli amplificatori ottici a semiconduttore

Amplificatori otticiSerie: Introduzione agli amplificatori ottici a semiconduttore

amplificatore ottico a semiconduttoreL'amplificatore ottico a semiconduttore (SOA) è un dispositivo basato su mezzi di guadagno a semiconduttore. È essenzialmente simile a un tubo laser a semiconduttore accoppiato a fibra ottica, con lo specchio terminale sostituito da una pellicola antiriflesso; è possibile utilizzare guide d'onda inclinate per ridurre ulteriormente la riflettività terminale. La luce di 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. Il modo della guida d'onda si sovrappone significativamente alla regione attiva (di amplificazione), che viene pompata da 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 fotoniche leggermente superiori all'energia del band gap.

Principio di funzionamento dell'amplificatore ottico a semiconduttore
Amplificatori ottici a semiconduttore(SOAAmplificano i segnali luminosi incidenti tramite emissione stimolata, e il loro meccanismo è lo stesso dei laser a semiconduttore.amplificatore ottico SOASi tratta semplicemente di un laser a semiconduttore senza feedback, e il suo principio fondamentale 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 dagli SOA nei sistemi dei clienti, questi possono essere suddivisi in quattro categorie: SOA seriali, booster, switching e preamplificatori.
1. Inserimento diretto: guadagno più elevato, Psat moderato; NF inferiore e PDG inferiore, solitamente associato a SOA indipendente dalla polarizzazione.
2. Potenziatore: Psat più elevato, guadagno inferiore, solitamente dipendente dalla polarizzazione;
3. Interruttore: rapporto di estinzione più elevato e tempo di salita/discesa più rapido;
4. Preamplificatore: adatto per distanze di trasmissione maggiori, fattore di rumore (NF) inferiore e guadagno più elevato.
Vantaggi dell'amplificatore ottico a semiconduttore SOA
Il guadagno ottico fornito dall'SOA all'interno della banda passante è relativamente indipendente dalla lunghezza d'onda del segnale ottico incidente.
Iniettare corrente come segnale di pompaggio amplificato, anziché tramite 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 semplice porta logica nelle reti ottiche WDM.

Limitazioni dell'amplificatore ottico a semiconduttore SOA
Gli amplificatori ottici a semiconduttore (SOA) possono fornire una potenza ottica in uscita fino a decine di milliwatt (mW), che in genere è 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 di ingresso e di uscita dei chip integrati SOA spesso causa una perdita di segnale, SOA deve fornire un guadagno ottico aggiuntivo per minimizzare l'impatto di tale perdita sugli aspetti di ingresso/uscita della regione attiva.
L'SOA è altamente sensibile alla polarizzazione dei segnali ottici in ingresso.
4. Generano livelli di rumore più elevati nei supporti attivi rispetto agli amplificatori a fibra.
Se nelle applicazioni WDM vengono amplificati più canali ottici secondo necessità, l'SOA causerà una forte diafonia.