O que é umamplificador óptico semicondutor
Um amplificador óptico semicondutor (SOA) é um tipo de amplificador óptico que utiliza um meio semicondutor para ganho. É semelhante a um diodo laser, no qual o espelho na extremidade inferior é substituído por um revestimento semirrefletor. A luz do sinal é transmitida através de um guia de ondas semicondutor monomodo. A dimensão transversal do guia de ondas é de 1 a 2 micrômetros e seu comprimento é da ordem de 0,5 a 2 mm. O modo do guia de ondas apresenta uma sobreposição significativa com a região ativa (de amplificação), que é bombeada pela corrente. A corrente injetada gera uma certa concentração de portadores na banda de condução, permitindo a transição óptica da banda de condução para a banda de valência. O ganho máximo ocorre quando a energia do fóton é ligeiramente maior que a energia do gap de banda. O amplificador óptico SOA é tipicamente usado em sistemas de telecomunicações na forma de cabos pigtail, com um comprimento de onda de operação em torno de 1300 nm ou 1500 nm, fornecendo aproximadamente 30 dB de ganho.
OAmplificador óptico semicondutor SOAé um dispositivo de junção PN com uma estrutura de poço quântico tensionado. A polarização direta externa inverte o número de partículas dielétricas. Após a entrada da luz de excitação externa, é gerada radiação estimulada, amplificando os sinais ópticos. Todos os três processos de transferência de energia acima mencionados existem emAmplificador óptico SOAA amplificação de sinais ópticos baseia-se na emissão estimulada. Os processos de absorção estimulada e emissão estimulada ocorrem simultaneamente. A absorção estimulada da luz de bombeamento pode ser utilizada para acelerar a recuperação de portadores de carga e, ao mesmo tempo, o bombeamento elétrico pode enviar elétrons para um nível de energia mais alto (banda de condução). Quando a radiação espontânea é amplificada, ela gera ruído de radiação espontânea amplificada. O amplificador óptico SOA é baseado em chips semicondutores.
Os chips semicondutores são compostos por semicondutores compostos, como GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, etc. Esses também são os materiais usados na fabricação de lasers semicondutores. O projeto do guia de ondas de um SOA é semelhante ao dos lasers. A diferença reside no fato de que os lasers precisam formar uma cavidade ressonante ao redor do meio ativo para gerar e manter a oscilação do sinal óptico. O sinal óptico será amplificado diversas vezes na cavidade antes de ser emitido.Amplificador SOA(O que estamos discutindo aqui se limita aos amplificadores de ondas viajantes usados na maioria das aplicações). A luz precisa passar pelo meio ativo apenas uma vez, e a reflexão reversa é mínima. A estrutura do amplificador SOA consiste em três áreas: Área P, Área I (camada ativa ou nó) e Área N. A camada ativa geralmente é composta por poços quânticos, que podem melhorar a eficiência de conversão fotoelétrica e reduzir a corrente de limiar.
Figura 1: Laser de fibra com SOA integrado para geração de pulsos ópticos.
Aplicado à transferência de canal
Os SOAs geralmente não são aplicados apenas à amplificação: eles também podem ser usados na área de comunicação por fibra óptica, em aplicações baseadas em processos não lineares, como ganho de saturação ou polarização de fase cruzada, que utilizam a variação da concentração de portadores no amplificador óptico SOA para obter diferentes índices de refração. Esses efeitos podem ser aplicados à transferência de canal (conversão de comprimento de onda), conversão de formato de modulação, recuperação de clock, regeneração de sinal e reconhecimento de padrões, etc., em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda.
Com o avanço da tecnologia de circuitos integrados optoeletrônicos e a redução dos custos de fabricação, os campos de aplicação dos amplificadores ópticos semicondutores (SOA) como amplificadores básicos, dispositivos ópticos funcionais e componentes de subsistemas continuarão a se expandir.
Data da publicação: 23/06/2025