Τι είναι έναοπτικός ενισχυτής ημιαγωγών
Ένας οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών είναι ένας τύπος οπτικού ενισχυτή που χρησιμοποιεί ένα μέσο κέρδους ημιαγωγών. Είναι παρόμοιος με μια δίοδο λέιζερ, στην οποία ο καθρέφτης στο κάτω άκρο αντικαθίσταται με μια ημιανακλαστική επίστρωση. Το φως σήματος μεταδίδεται μέσω ενός μονοτροπικού κυματοδηγού ημιαγωγών. Η εγκάρσια διάσταση του κυματοδηγού είναι 1-2 μικρόμετρα και το μήκος του είναι της τάξης των 0,5-2 mm. Η λειτουργία κυματοδηγού έχει σημαντική επικάλυψη με την ενεργή περιοχή (ενίσχυση), η οποία αντλείται από το ρεύμα. Το εγχυόμενο ρεύμα παράγει μια ορισμένη συγκέντρωση φορέα στη ζώνη αγωγιμότητας, επιτρέποντας την οπτική μετάβαση της ζώνης αγωγιμότητας στη ζώνη σθένους. Το μέγιστο κέρδος εμφανίζεται όταν η ενέργεια φωτονίων είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την ενέργεια ενεργειακού χάσματος. Ο οπτικός ενισχυτής SOA χρησιμοποιείται συνήθως σε τηλεπικοινωνιακά συστήματα με τη μορφή πλεξίδων, με μήκος κύματος λειτουργίας περίπου 1300nm ή 1500nm, παρέχοντας περίπου 30dB κέρδους.
ΟΟπτικός ενισχυτής ημιαγωγών SOAείναι μια συσκευή σύνδεσης PN με δομή κβαντικού φρέατος τάσης. Η εξωτερική ορθή πόλωση αντιστρέφει τον αριθμό των διηλεκτρικών σωματιδίων. Μετά την είσοδο του εξωτερικού φωτός διέγερσης, παράγεται διεγερμένη ακτινοβολία, επιτυγχάνοντας την ενίσχυση των οπτικών σημάτων. Και οι τρεις παραπάνω διεργασίες μεταφοράς ενέργειας υπάρχουν στοΟπτικός ενισχυτής SOAΗ ενίσχυση των οπτικών σημάτων βασίζεται στην διεγερμένη εκπομπή. Οι διεργασίες διεγερμένης απορρόφησης και διεγερμένης εκπομπής υπάρχουν ταυτόχρονα. Η διεγερμένη απορρόφηση του φωτός της αντλίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιτάχυνση της ανάκτησης των φορέων και ταυτόχρονα, η ηλεκτρική αντλία μπορεί να στείλει ηλεκτρόνια σε υψηλό ενεργειακό επίπεδο (ζώνη αγωγιμότητας). Όταν ενισχύεται η αυθόρμητη ακτινοβολία, θα σχηματιστεί ενισχυμένος αυθόρμητος θόρυβος ακτινοβολίας. Ο οπτικός ενισχυτής SOA βασίζεται σε ημιαγωγικά τσιπ.
Τα ημιαγωγικά τσιπ αποτελούνται από σύνθετους ημιαγωγούς, όπως GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP και InP/InAlGaAs, κ.λπ. Αυτά είναι επίσης τα υλικά για την κατασκευή λέιζερ ημιαγωγών. Ο σχεδιασμός κυματοδηγού του SOA είναι ίδιος ή παρόμοιος με αυτόν των λέιζερ. Η διαφορά έγκειται στο ότι τα λέιζερ πρέπει να σχηματίσουν μια συντονισμένη κοιλότητα γύρω από το μέσο κέρδους για να δημιουργήσουν και να διατηρήσουν την ταλάντωση του οπτικού σήματος. Το οπτικό σήμα θα ενισχυθεί πολλές φορές στην κοιλότητα πριν εξέλθει.Ενισχυτής SOA(αυτό που συζητάμε εδώ περιορίζεται στους ενισχυτές οδεύοντος κύματος που χρησιμοποιούνται στις περισσότερες εφαρμογές), το φως χρειάζεται να περάσει από το μέσο κέρδους μόνο μία φορά και η ανάκλαση προς τα πίσω είναι ελάχιστη. Η δομή του ενισχυτή SOA αποτελείται από τρεις περιοχές: Περιοχή P, Περιοχή I (ενεργό στρώμα ή κόμβος) και Περιοχή N. Το ενεργό στρώμα αποτελείται συνήθως από κβαντικά φρεάτια, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της φωτοηλεκτρικής μετατροπής και να μειώσουν το ρεύμα κατωφλίου.
Σχήμα 1 Λέιζερ οπτικών ινών με ενσωματωμένο SOA για την παραγωγή οπτικών παλμών
Εφαρμόστηκε στη μεταφορά καναλιού
Τα SOA συνήθως δεν εφαρμόζονται μόνο στην ενίσχυση: μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στον τομέα της επικοινωνίας με οπτικές ίνες, εφαρμογές που βασίζονται σε μη γραμμικές διεργασίες όπως το κέρδος κορεσμού ή η πόλωση διασταυρούμενης φάσης, οι οποίες χρησιμοποιούν τη μεταβολή της συγκέντρωσης φορέα στον οπτικό ενισχυτή SOA για την επίτευξη ποικίλων δεικτών διάθλασης. Αυτά τα φαινόμενα μπορούν να εφαρμοστούν στη μεταφορά καναλιού (μετατροπή μήκους κύματος), στη μετατροπή μορφής διαμόρφωσης, στην ανάκτηση ρολογιού, στην αναγέννηση σήματος και στην αναγνώριση προτύπων κ.λπ. σε συστήματα πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος.
Με την πρόοδο της τεχνολογίας οπτοηλεκτρονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και τη μείωση του κόστους κατασκευής, τα πεδία εφαρμογής των ημιαγωγών οπτικών ενισχυτών SOA ως βασικών ενισχυτών, λειτουργικών οπτικών συσκευών και στοιχείων υποσυστημάτων θα συνεχίσουν να επεκτείνονται.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Ιουνίου 2025