Che cos'è un amplificatore ottico a semiconduttore?

Che cos'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. Il modo della guida d'onda presenta una significativa sovrapposizione 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 massimo si verifica quando l'energia del fotone è leggermente superiore all'energia del band gap. Gli amplificatori ottici SOA sono tipicamente utilizzati nei sistemi di telecomunicazione sotto forma di pigtail, con una lunghezza d'onda operativa intorno a 1300 nm o 1500 nm, fornendo circa 30 dB di guadagno.

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 radiazione stimolata, ottenendo l'amplificazione dei segnali ottici. Tutti e tre i processi di trasferimento di energia sopra descritti esistono inamplificatore ottico SOAL'amplificazione dei segnali ottici si basa sull'emissione stimolata. I processi di assorbimento stimolato ed emissione stimolata coesistono. L'assorbimento stimolato della luce di pompaggio può essere utilizzato per accelerare il recupero dei portatori di carica e, allo stesso tempo, il pompaggio elettrico può inviare gli elettroni a un livello energetico superiore (banda di conduzione). Quando la radiazione spontanea viene amplificata, si forma un rumore di radiazione spontanea amplificato. L'amplificatore ottico SOA è basato su chip a semiconduttore.

I chip a semiconduttore sono composti da semiconduttori composti, come GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, ecc. Questi sono anche i materiali per la realizzazione di laser a semiconduttore. Il design della guida d'onda di un SOA è uguale 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 di canale

Gli amplificatori ottici a semiconduttore (SOA) non vengono solitamente applicati solo all'amplificazione: possono essere utilizzati anche nel campo delle comunicazioni in fibra ottica, in applicazioni basate su processi non lineari come il guadagno di saturazione o la polarizzazione di fase incrociata, 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 multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM).

Grazie ai progressi della tecnologia dei circuiti integrati optoelettronici e alla 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.