Como o amplificador óptico semicondutor consegue a amplificação?

Como é queamplificador óptico semicondutoralcançar amplificação?

Após o advento da era da comunicação por fibra óptica de grande capacidade, a tecnologia de amplificação óptica se desenvolveu rapidamente.Amplificadores ópticosamplificar sinais ópticos de entrada com base em radiação estimulada ou espalhamento estimulado. De acordo com o princípio de funcionamento, os amplificadores ópticos podem ser divididos em amplificadores ópticos semicondutores (SOA) eamplificadores de fibra óptica. Entre eles,amplificadores ópticos semicondutoresSão amplamente utilizados em comunicação óptica devido às vantagens de ampla faixa de ganho, boa integração e ampla faixa de comprimento de onda. São compostos por regiões ativa e passiva, sendo a região ativa a região de ganho. Quando o sinal de luz passa pela região ativa, os elétrons perdem energia e retornam ao estado fundamental na forma de fótons, que têm o mesmo comprimento de onda do sinal de luz, amplificando assim o sinal de luz. O amplificador óptico semicondutor converte o portador semicondutor em partícula reversa pela corrente de acionamento, amplifica a amplitude da luz semente injetada e mantém as características físicas básicas da luz semente injetada, como polarização, largura da linha e frequência. Com o aumento da corrente de trabalho, a potência óptica de saída também aumenta em uma determinada relação funcional.

Mas esse crescimento não é ilimitado, pois os amplificadores ópticos semicondutores apresentam um fenômeno de saturação de ganho. O fenômeno mostra que, quando a potência óptica de entrada é constante, o ganho aumenta com o aumento da concentração de portadora injetada, mas quando a concentração de portadora injetada é muito grande, o ganho satura ou até diminui. Quando a concentração da portadora injetada é constante, a potência de saída aumenta com o aumento da potência de entrada, mas quando a potência óptica de entrada é muito grande, a taxa de consumo da portadora causada pela radiação excitada é muito grande, resultando em saturação ou declínio do ganho. A razão para o fenômeno de saturação do ganho é a interação entre elétrons e fótons no material da região ativa. Sejam os fótons gerados no meio de ganho ou os fótons externos, a taxa na qual a radiação estimulada consome as portadoras está relacionada à taxa na qual as portadoras se reabastecem ao nível de energia correspondente ao longo do tempo. Além da radiação estimulada, a taxa de portadora consumida por outros fatores também muda, o que afeta negativamente a saturação do ganho.

Como a função mais importante dos amplificadores ópticos semicondutores é a amplificação linear, principalmente para alcançar a amplificação, eles podem ser usados ​​como amplificadores de potência, amplificadores de linha e pré-amplificadores em sistemas de comunicação. Na extremidade de transmissão, o amplificador óptico semicondutor é usado como um amplificador de potência para aumentar a potência de saída na extremidade de transmissão do sistema, o que pode aumentar significativamente a distância do relé do tronco do sistema. Na linha de transmissão, o amplificador óptico semicondutor pode ser usado como um amplificador de relé linear, de modo que a distância do relé regenerativo de transmissão pode ser estendida novamente aos trancos e barrancos. Na extremidade de recepção, o amplificador óptico semicondutor pode ser usado como um pré-amplificador, o que pode melhorar significativamente a sensibilidade do receptor. As características de saturação de ganho dos amplificadores ópticos semicondutores farão com que o ganho por bit seja relacionado à sequência de bits anterior. O efeito de padrão entre pequenos canais também pode ser chamado de efeito de modulação de ganho cruzado. Esta técnica utiliza a média estatística do efeito da modulação de ganho cruzado entre múltiplos canais e introduz uma onda contínua de média intensidade no processo para manter o feixe, comprimindo assim o ganho total do amplificador. Assim, o efeito da modulação de ganho cruzado entre os canais é reduzido.

Os amplificadores ópticos semicondutores possuem estrutura simples, fácil integração e podem amplificar sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda, sendo amplamente utilizados na integração de diversos tipos de lasers. Atualmente, a tecnologia de integração a laser baseada em amplificadores ópticos semicondutores continua a amadurecer, mas ainda são necessários esforços nos três aspectos a seguir. Um deles é reduzir a perda de acoplamento com a fibra óptica. O principal problema do amplificador óptico semicondutor é que a perda de acoplamento com a fibra é grande. Para melhorar a eficiência do acoplamento, uma lente pode ser adicionada ao sistema de acoplamento para minimizar a perda de reflexão, melhorar a simetria do feixe e alcançar um acoplamento de alta eficiência. O segundo é reduzir a sensibilidade de polarização dos amplificadores ópticos semicondutores. A característica de polarização refere-se principalmente à sensibilidade de polarização da luz incidente. Se o amplificador óptico semicondutor não for especialmente processado, a largura de banda efetiva do ganho será reduzida. A estrutura de poço quântico pode efetivamente melhorar a estabilidade dos amplificadores ópticos semicondutores. É possível estudar uma estrutura de poço quântico simples e superior para reduzir a sensibilidade de polarização de amplificadores ópticos semicondutores. A terceira questão é a otimização do processo integrado. Atualmente, a integração de amplificadores ópticos semicondutores e lasers é muito complexa e trabalhosa em termos de processamento técnico, resultando em grandes perdas na transmissão do sinal óptico e na inserção do dispositivo, além de um custo muito alto. Portanto, devemos nos esforçar para otimizar a estrutura dos dispositivos integrados e melhorar sua precisão.

Na tecnologia de comunicação óptica, a tecnologia de amplificação óptica é uma das tecnologias de suporte, e a tecnologia de amplificadores ópticos semicondutores está se desenvolvendo rapidamente. Atualmente, o desempenho dos amplificadores ópticos semicondutores tem sido significativamente aprimorado, especialmente com o desenvolvimento de tecnologias ópticas de nova geração, como multiplexação por divisão de comprimento de onda ou modos de comutação óptica. Com o desenvolvimento da indústria da informação, a tecnologia de amplificação óptica adequada para diferentes bandas e diferentes aplicações será introduzida, e o desenvolvimento e a pesquisa de novas tecnologias inevitavelmente farão com que a tecnologia de amplificadores ópticos semicondutores continue a se desenvolver e prosperar.