Che cos'è un amplificatore ottico a semiconduttore

Che cosa è unamplificatore ottico a semiconduttore

Un amplificatore ottico a semiconduttore è un tipo di amplificatore ottico che utilizza un mezzo di guadagno a semiconduttore. È simile a un diodo laser, in cui lo specchio all'estremità inferiore è sostituito da un rivestimento semiriflettente. La luce del segnale viene trasmessa attraverso una guida d'onda monomodale a semiconduttore. La dimensione trasversale della guida d'onda è di 1-2 micrometri e la sua lunghezza è dell'ordine di 0,5-2 mm. La modalità della guida d'onda presenta una sovrapposizione significativa con la regione attiva (di amplificazione), che viene pompata dalla corrente. La corrente iniettata genera una certa concentrazione di portatori nella banda di conduzione, consentendo la transizione ottica dalla banda di conduzione alla banda di valenza. Il guadagno di picco si verifica quando l'energia dei fotoni è leggermente superiore all'energia del bandgap. L'amplificatore ottico SOA è tipicamente utilizzato nei sistemi di telecomunicazione sotto forma di pigtail, con una lunghezza d'onda operativa di circa 1300 nm o 1500 nm, fornendo un guadagno di circa 30 dB.

ILAmplificatore ottico a semiconduttore SOAè un dispositivo a giunzione PN con una struttura a pozzo quantico di deformazione. La polarizzazione diretta esterna inverte il numero di particelle dielettriche. Dopo l'ingresso della luce di eccitazione esterna, viene generata una radiazione stimolata, ottenendo l'amplificazione dei segnali ottici. Tutti e tre i processi di trasferimento di energia sopra menzionati sono presenti inAmplificatore ottico SOAL'amplificazione dei segnali ottici si basa sull'emissione stimolata. I processi di assorbimento stimolato ed emissione stimolata esistono simultaneamente. L'assorbimento stimolato della luce di pompaggio può essere utilizzato per accelerare il recupero dei portatori e, allo stesso tempo, la pompa elettrica può inviare elettroni a un livello energetico elevato (banda di conduzione). Quando la radiazione spontanea viene amplificata, si formerà un rumore di radiazione spontanea amplificato. L'amplificatore ottico SOA si basa su chip semiconduttori.

I chip semiconduttori sono composti da semiconduttori composti, come GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, ecc. Questi sono anche i materiali per la realizzazione dei laser a semiconduttore. Il design della guida d'onda del SOA è lo stesso o simile a quello dei laser. La differenza sta nel fatto che i laser devono formare una cavità risonante attorno al mezzo di guadagno per generare e mantenere l'oscillazione del segnale ottico. Il segnale ottico verrà amplificato più volte nella cavità prima di essere emesso.Amplificatore SOA(Ciò di cui stiamo discutendo qui è limitato agli amplificatori a onda progressiva utilizzati nella maggior parte delle applicazioni), la luce deve attraversare il mezzo di guadagno una sola volta e la riflessione all'indietro è minima. La struttura dell'amplificatore SOA è composta da tre aree: Area P, Area I (strato attivo o nodo) e Area N. Lo strato attivo è solitamente composto da pozzi quantici, che possono migliorare l'efficienza di conversione fotoelettrica e ridurre la corrente di soglia.

Figura 1 Laser a fibra con SOA integrato per la generazione di impulsi ottici

Applicato al trasferimento del canale

Le SOA non vengono solitamente applicate solo all'amplificazione: possono essere utilizzate anche nel campo delle comunicazioni in fibra ottica, in applicazioni basate su processi non lineari come il guadagno di saturazione o la polarizzazione cross-phase, che sfruttano la variazione della concentrazione di portatori nell'amplificatore ottico SOA per ottenere indici di rifrazione variabili. Questi effetti possono essere applicati al trasferimento di canale (conversione di lunghezza d'onda), alla conversione del formato di modulazione, al recupero del clock, alla rigenerazione del segnale e al riconoscimento di pattern, ecc. nei sistemi di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda.

Con il progresso della tecnologia dei circuiti integrati optoelettronici e la riduzione dei costi di produzione, i campi di applicazione degli amplificatori ottici a semiconduttore SOA come amplificatori di base, dispositivi ottici funzionali e componenti di sottosistemi continueranno ad espandersi.