Mikä onpuolijohdeoptinen vahvistin
Puolijohdeoptinen vahvistin on eräänlainen optinen vahvistin, joka käyttää puolijohdevahvistusväliainetta. Se on samanlainen kuin laserdiodi, jossa alapään peili on korvattu puoliheijastavalla pinnoitteella. Signaalivalo lähetetään puolijohteisen yksimuotoisen aaltojohteen läpi. Aaltojohteen poikittaismitta on 1–2 mikrometriä ja sen pituus on luokkaa 0,5–2 mm. Aaltojohdemoodilla on merkittävä päällekkäisyys aktiivisen (vahvistus)alueen kanssa, jota virta pumppaa. Injektoitu virta tuottaa tietyn kantoaaltopitoisuuden johtavuuskaistalla, mikä mahdollistaa johtavuuskaistan optisen siirtymän valenssikaistalle. Huippuvahvistus tapahtuu, kun fotonienergia on hieman suurempi kuin energia-aukon energia. SOA-optista vahvistinta käytetään tyypillisesti tietoliikennejärjestelmissä häntäjohdoissa, joiden toiminta-aallonpituus on noin 1300 nm tai 1500 nm, ja se tuottaa noin 30 dB vahvistuksen.
TheSOA-puolijohdeoptinen vahvistinon PN-liitoslaite, jossa on venymäkvanttikuopparakenne. Ulkoinen eteenpäin suuntautuva esijännite kääntää dielektristen hiukkasten lukumäärän päinvastaiseksi. Kun ulkoinen viritysvalo saapuu sisään, syntyy stimuloitua säteilyä, mikä vahvistaa optisia signaaleja. Kaikki edellä mainitut kolme energiansiirtoprosessia esiintyvätSOA-optinen vahvistinOptisten signaalien vahvistus perustuu stimuloituun emissioon. Stimuloitu absorptio- ja stimuloitu emissioprosessit tapahtuvat samanaikaisesti. Pumpun valon stimuloitua absorptiota voidaan hyödyntää varauksenkuljettajien talteenoton nopeuttamiseksi, ja samalla sähköinen pumppu voi lähettää elektroneja korkealle energiatasolle (johtumisvyöhykkeelle). Kun spontaani säteily vahvistuu, se muodostaa vahvistettua spontaania säteilykohinaa. SOA-optinen vahvistin perustuu puolijohdesiruihin.
Puolijohdesirut koostuvat yhdistepuolijohteista, kuten GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP ja InP/InAlGaAs jne. Näitä materiaaleja käytetään myös puolijohdelasereiden valmistukseen. SOA:n aaltojohderakenne on sama tai samankaltainen kuin lasereilla. Ero on siinä, että lasereiden on muodostettava resonanssiontelo vahvistusväliaineen ympärille optisen signaalin värähtelyn aikaansaamiseksi ja ylläpitämiseksi. Optinen signaali vahvistetaan useita kertoja ontelossa ennen lähtöä.SOA-vahvistin(Tässä käsiteltävä rajoittuu useimmissa sovelluksissa käytettyihin kulkuaaltovahvistimiin), valon tarvitsee kulkea vahvistusväliaineen läpi vain kerran, ja taaksepäin heijastuminen on minimaalinen. SOA-vahvistimen rakenne koostuu kolmesta alueesta: alueesta P, alueesta I (aktiivinen kerros tai solmu) ja alueesta N. Aktiivinen kerros koostuu yleensä kvanttikaivoista, jotka voivat parantaa valoelektrisen muunnoksen hyötysuhdetta ja pienentää kynnysvirtaa.
Kuva 1 Kuitulaser integroidulla SOA:lla optisten pulssien tuottamiseen
Käytetään kanavan siirtoon
SOA-tekniikoita ei yleensä käytetä vain vahvistukseen: niitä voidaan käyttää myös optisten kuitujen tiedonsiirron alalla epälineaarisiin prosesseihin, kuten saturaatiovahvistukseen tai ristivaihepolarisaatioon, perustuvissa sovelluksissa, jotka hyödyntävät SOA-optisen vahvistimen kantoaaltopitoisuuden vaihtelua vaihtelevien taitekertoimien saavuttamiseksi. Näitä vaikutuksia voidaan soveltaa kanavansiirtoon (aallonpituuden muuntaminen), modulaatiomuodon muuntamiseen, kellon palautukseen, signaalin regenerointiin ja kuvion tunnistukseen jne. aallonpituusjakoisissa multipleksointijärjestelmissä.
Optoelektronisen integroidun piiritekniikan kehittyessä ja valmistuskustannusten alentuessa SOA-puolijohdeoptisen vahvistimen sovellusalueet perusvahvistimina, toiminnallisina optisina laitteina ja osajärjestelmäkomponentteina laajenevat edelleen.
Julkaisun aika: 23. kesäkuuta 2025