Mitenpuolijohdeoptinen vahvistinsaavuttaa vahvistusta?
Suurkapasiteettisen optisen kuituliikenteen aikakauden alkamisen jälkeen optinen vahvistustekniikka on kehittynyt nopeasti.Optiset vahvistimetvahvistaa syötettyjä optisia signaaleja stimuloidun säteilyn tai stimuloidun sironnan perusteella. Toimintaperiaatteen mukaan optiset vahvistimet voidaan jakaa puolijohdeoptisiin vahvistimiin (Palveluntarjoaja) jaoptiset kuituvahvistimetHeidän joukossaanpuolijohdeoptiset vahvistimetNiitä käytetään laajalti optisessa viestinnässä laajan vahvistuskaistan, hyvän integroinnin ja laajan aallonpituusalueen ansiosta. Ne koostuvat aktiivisista ja passiivisista alueista, ja aktiivinen alue on vahvistusalue. Kun valosignaali kulkee aktiivisen alueen läpi, se aiheuttaa elektronien energianmenetyksen ja palaamisen perustilaan fotoneina, joilla on sama aallonpituus kuin valosignaalilla, mikä vahvistaa valosignaalia. Puolijohdeoptinen vahvistin muuntaa puolijohdekuljettajan käänteishiukkaseksi käyttövirran avulla, vahvistaa injektoidun siemenvalon amplitudia ja ylläpitää injektoidun siemenvalon perusfysikaalisia ominaisuuksia, kuten polarisaatiota, viivan leveyttä ja taajuutta. Käyttövirran kasvaessa myös lähtöteho kasvaa tietyssä toiminnallisessa suhteessa.
Mutta tämä kasvu ei ole rajatonta, koska puolijohdeoptisilla vahvistimilla on vahvistuksen kyllästymisilmiö. Ilmiö osoittaa, että kun sisääntulon optinen teho on vakio, vahvistus kasvaa injektoidun kantoaallon konsentraation kasvaessa, mutta kun injektoidun kantoaallon konsentraatio on liian suuri, vahvistus kyllästyy tai jopa pienenee. Kun injektoidun kantoaallon konsentraatio on vakio, lähtöteho kasvaa sisääntulon tehon kasvaessa, mutta kun sisääntulon optinen teho on liian suuri, virittyneen säteilyn aiheuttama kantoaallon kulutusnopeus on liian suuri, mikä johtaa vahvistuksen kyllästymiseen tai laskuun. Vahvistuksen kyllästymisilmiön syynä on elektronien ja fotonien välinen vuorovaikutus aktiivisen alueen materiaalissa. Olivatpa kyseessä vahvistusväliaineessa syntyvät fotonit tai ulkoiset fotonit, stimuloidun säteilyn kantajien kulutusnopeus liittyy nopeuteen, jolla kantajat täydentyvät vastaavalle energiatasolle ajan myötä. Stimuloidun säteilyn lisäksi myös muiden tekijöiden kuluttama kantoaallon nopeus muuttuu, mikä vaikuttaa haitallisesti vahvistuksen kyllästymiseen.
Koska puolijohdeoptisten vahvistimien tärkein tehtävä on lineaarinen vahvistus, pääasiassa vahvistuksen saavuttamiseksi, niitä voidaan käyttää tehovahvistimina, linjavahvistimina ja esivahvistimina tietoliikennejärjestelmissä. Lähetyspäässä puolijohdeoptista vahvistinta käytetään tehovahvistimena järjestelmän lähetyspään lähtötehon parantamiseksi, mikä voi merkittävästi lisätä järjestelmän rungon releen etäisyyttä. Siirtolinjassa puolijohdeoptista vahvistinta voidaan käyttää lineaarisena relevahvistimena, jolloin lähetysregeneratiivisen releen etäisyyttä voidaan pidentää jälleen harppauksin. Vastaanottopäässä puolijohdeoptista vahvistinta voidaan käyttää esivahvistimena, mikä voi merkittävästi parantaa vastaanottimen herkkyyttä. Puolijohdeoptisten vahvistimien vahvistuksen kyllästysominaisuudet aiheuttavat sen, että bittikohtainen vahvistus liittyy edelliseen bittisekvenssiin. Pienten kanavien välistä kuviovaikutusta voidaan kutsua myös ristivahvistusmodulaatiovaikutukseksi. Tämä tekniikka käyttää useiden kanavien välisen ristivahvistusmodulaatiovaikutuksen tilastollista keskiarvoa ja tuo prosessiin keskitehoisen jatkuvan aallon säteen ylläpitämiseksi, mikä puristaa vahvistimen kokonaisvahvistusta. Tällöin kanavien välinen ristivahvistusmodulaatiovaikutus pienenee.
Puolijohdeoptisilla vahvistimilla on yksinkertainen rakenne, helppo integrointi ja ne voivat vahvistaa eri aallonpituuksilla olevia optisia signaaleja. Niitä käytetään laajalti erityyppisten lasereiden integroinnissa. Tällä hetkellä puolijohdeoptisiin vahvistimiin perustuva laserintegraatioteknologia kehittyy edelleen, mutta seuraavissa kolmessa näkökohdassa on vielä tehtävä töitä. Ensinnäkin optisen kuidun kytkentähäviön vähentäminen. Puolijohdeoptisten vahvistimien pääongelma on suuri kytkentähäviö kuidun kanssa. Kytkentätehokkuuden parantamiseksi kytkentäjärjestelmään voidaan lisätä linssi heijastushäviön minimoimiseksi, säteen symmetrian parantamiseksi ja tehokkaan kytkennän saavuttamiseksi. Toiseksi puolijohdeoptisten vahvistimien polarisaatioherkkyyden vähentäminen. Polarisaatio-ominaisuus viittaa pääasiassa tulevan valon polarisaatioherkkyyteen. Jos puolijohdeoptista vahvistinta ei ole erityisesti käsitelty, vahvistuksen efektiivinen kaistanleveys pienenee. Kvanttikuopparakenne voi tehokkaasti parantaa puolijohdeoptisten vahvistimien vakautta. On mahdollista tutkia yksinkertaista ja erinomaista kvanttikuopparakennetta puolijohdeoptisten vahvistimien polarisaatioherkkyyden vähentämiseksi. Kolmas on integrointiprosessin optimointi. Tällä hetkellä puolijohdeoptisten vahvistimien ja lasereiden integrointi on liian monimutkaista ja hankalaa teknisessä prosessoinnissa, mikä johtaa suureen optisen signaalin siirron häviöön ja laitteen lisäyshäviöön, ja kustannukset ovat liian korkeat. Siksi meidän tulisi pyrkiä optimoimaan integroitujen laitteiden rakennetta ja parantamaan laitteiden tarkkuutta.
Optisen tietoliikenteen tekniikassa optinen vahvistustekniikka on yksi tukiteknologioista, ja puolijohdeoptinen vahvistintekniikka kehittyy nopeasti. Tällä hetkellä puolijohdeoptisten vahvistimien suorituskyky on parantunut huomattavasti, erityisesti uuden sukupolven optisten teknologioiden, kuten aallonpituusjakoisen multipleksoinnin tai optisten kytkentämoodien, kehittämisessä. Tietotekniikan kehittyessä otetaan käyttöön eri taajuusalueille ja sovelluksiin soveltuva optinen vahvistustekniikka, ja uusien teknologioiden kehittäminen ja tutkimus väistämättä saavat puolijohdeoptisen vahvistintekniikan kehittymään ja menestymään.
Julkaisuaika: 25. helmikuuta 2025