Como um amplificador óptico semicondutor realiza a amplificação?

Como é queamplificador óptico semicondutorConseguir amplificação?

Após o advento da era da comunicação por fibra óptica de alta capacidade, a tecnologia de amplificação óptica desenvolveu-se rapidamente.Amplificadores ópticosAmplificam sinais ópticos de entrada com base na radiação estimulada ou na dispersão estimulada. De acordo com o princípio de funcionamento, os amplificadores ópticos podem ser divididos em amplificadores ópticos semicondutores (SOA) eamplificadores de fibra ópticaEntre eles,amplificadores ópticos semicondutoresOs amplificadores ópticos semicondutores são amplamente utilizados em comunicação óptica devido às suas vantagens, como ampla faixa de ganho, boa integração e ampla faixa de comprimento de onda. São compostos por regiões ativas e passivas, 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 possuem o mesmo comprimento de onda do sinal de luz, amplificando-o. O amplificador óptico semicondutor converte os portadores semicondutores em partículas reversas pela corrente de acionamento, amplificando a amplitude da luz injetada e mantendo as características físicas básicas da luz injetada, como polarização, largura de linha e frequência. Com o aumento da corrente de operação, a potência óptica de saída também aumenta, seguindo uma determinada relação funcional.

Mas esse crescimento não é ilimitado, pois os amplificadores ópticos semicondutores apresentam um fenômeno de saturação de ganho. Esse fenômeno demonstra que, quando a potência óptica de entrada é constante, o ganho aumenta com o aumento da concentração de portadores injetados, mas quando a concentração de portadores injetados é muito alta, o ganho satura ou até mesmo diminui. Quando a concentração de portadores injetados é constante, a potência de saída aumenta com o aumento da potência de entrada, mas quando a potência óptica de entrada é muito alta, a taxa de consumo de portadores causada pela radiação de excitação é muito alta, resultando em saturação ou queda do ganho. A razão para o fenômeno de saturação de ganho é a interação entre elétrons e fótons no material da região ativa. Sejam fótons gerados no meio ativo ou fótons externos, a taxa na qual a radiação de excitação consome portadores está relacionada à taxa na qual os portadores se reabastecem até o nível de energia correspondente. Além da radiação de excitação, a taxa de consumo de portadores devido a outros fatores também varia, 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 transmissora, o amplificador óptico semicondutor é usado como um amplificador de potência para aumentar a potência de saída no sistema transmissor, o que pode aumentar significativamente a distância de retransmissão do tronco do sistema. Na linha de transmissão, o amplificador óptico semicondutor pode ser usado como um amplificador de retransmissão linear, de modo que a distância de retransmissão regenerativa da transmissão possa ser estendida consideravelmente. Na extremidade receptora, 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 fazem com que o ganho por bit esteja relacionado à sequência de bits anterior. O efeito de padrão entre canais pequenos também pode ser chamado de efeito de modulação de ganho cruzado. Essa técnica utiliza a média estatística do efeito de modulação cruzada de ganho entre múltiplos canais e introduz uma onda contínua de intensidade média no processo para manter o feixe, comprimindo assim o ganho total do amplificador. Dessa forma, o efeito de modulação cruzada de ganho 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 de lasers baseada em amplificadores ópticos semicondutores continua a amadurecer, mas ainda há necessidade de esforços em três aspectos. O primeiro é reduzir a perda de acoplamento com a fibra óptica. O principal problema dos amplificadores ópticos semicondutores é a alta perda de acoplamento com a fibra. Para melhorar a eficiência do acoplamento, uma lente pode ser adicionada ao sistema de acoplamento para minimizar a perda por reflexão, melhorar a simetria do feixe e alcançar um acoplamento de alta eficiência. O segundo aspecto é reduzir a sensibilidade à polarização dos amplificadores ópticos semicondutores. A característica de polarização refere-se principalmente à sensibilidade à polarização da luz incidente. Se o amplificador óptico semicondutor não for processado de forma adequada, a largura de banda efetiva do ganho será reduzida. A estrutura de poço quântico pode melhorar efetivamente a estabilidade dos amplificadores ópticos semicondutores. É possível estudar uma estrutura de poço quântico simples e superior para reduzir a sensibilidade à polarização de amplificadores ópticos semicondutores. A terceira etapa é a otimização do processo de integração. 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 perdas de inserção do dispositivo, além de um custo muito elevado. Portanto, devemos buscar otimizar a estrutura dos dispositivos integrados e aprimorar 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 foi significativamente aprimorado, especialmente no desenvolvimento de tecnologias ópticas de nova geração, como multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) ou modos de comutação óptica (OSD). Com o desenvolvimento da indústria da informação, tecnologias de amplificação óptica adequadas para diferentes bandas e aplicações serão introduzidas, e o desenvolvimento e a pesquisa de novas tecnologias inevitavelmente impulsionarão o desenvolvimento e o crescimento contínuo da tecnologia de amplificadores ópticos semicondutores.