Hoe bereikt een optische halfgeleiderversterker versterking?

Hoe werkthalfgeleider optische versterkerversterking bereiken?

Na de komst van het tijdperk van glasvezelcommunicatie met grote capaciteit, heeft de technologie voor optische versterking zich snel ontwikkeld.Optische versterkersVersterken optische ingangssignalen op basis van gestimuleerde straling of gestimuleerde verstrooiing. Volgens het werkingsprincipe kunnen optische versterkers worden onderverdeeld in halfgeleider-optische versterkers (SOA) Enoptische vezelversterkersOnder hen,halfgeleider optische versterkersWorden veel gebruikt in optische communicatie dankzij de voordelen van een brede versterkingsband, goede integratie en een breed golflengtebereik. Ze bestaan ​​uit actieve en passieve gebieden, en het actieve gebied is het versterkingsgebied. Wanneer het lichtsignaal door het actieve gebied gaat, verliezen de elektronen energie en keren ze terug naar de grondtoestand in de vorm van fotonen, die dezelfde golflengte hebben als het lichtsignaal, waardoor het lichtsignaal wordt versterkt. De optische halfgeleiderversterker zet de halfgeleiderdrager om in het omgekeerde deeltje door de stuurstroom, versterkt de amplitude van het geïnjecteerde seedlicht en behoudt de fundamentele fysische eigenschappen van het geïnjecteerde seedlicht, zoals polarisatie, lijnbreedte en frequentie. Met de toename van de werkstroom neemt ook het optische uitgangsvermogen toe in een bepaalde functionele verhouding.

Maar deze groei is niet zonder grenzen, omdat optische halfgeleiderversterkers een verzadigingsfenomeen hebben. Dit fenomeen laat zien dat wanneer het optische ingangsvermogen constant is, de versterking toeneemt met de toename van de concentratie van geïnjecteerde ladingdragers, maar wanneer de concentratie van geïnjecteerde ladingdragers te groot is, zal de versterking verzadigen of zelfs afnemen. Wanneer de concentratie van de geïnjecteerde ladingdrager constant is, neemt het uitgangsvermogen toe met de toename van het ingangsvermogen, maar wanneer het optische ingangsvermogen te groot is, is de door geëxciteerde straling veroorzaakte ladingdragerconsumptie te groot, wat resulteert in verzadiging of afname van de versterking. De reden voor het verzadigingsfenomeen is de interactie tussen elektronen en fotonen in het materiaal van het actieve gebied. Of het nu gaat om fotonen die in het versterkingsmedium worden gegenereerd of om externe fotonen, de snelheid waarmee de gestimuleerde straling de ladingdragers verbruikt, is gerelateerd aan de snelheid waarmee de ladingdragers in de loop van de tijd worden aangevuld tot het corresponderende energieniveau. Naast de gestimuleerde straling verandert ook de snelheid waarmee ladingdragers worden verbruikt door andere factoren, wat de verzadiging negatief beïnvloedt.

Omdat lineaire versterking de belangrijkste functie van optische halfgeleiderversterkers is, voornamelijk om versterking te bereiken, kunnen ze worden gebruikt als eindversterkers, lijnversterkers en voorversterkers in communicatiesystemen. Aan de zendzijde wordt de optische halfgeleiderversterker gebruikt als eindversterker om het uitgangsvermogen aan de zendzijde van het systeem te verbeteren, wat de relaisafstand van de systeemstam aanzienlijk kan vergroten. In de transmissielijn kan de optische halfgeleiderversterker worden gebruikt als lineaire relaisversterker, waardoor de regeneratie-relaisafstand van de transmissie opnieuw met sprongen kan worden vergroot. Aan de ontvangstzijde kan de optische halfgeleiderversterker worden gebruikt als voorversterker, wat de gevoeligheid van de ontvanger aanzienlijk kan verbeteren. De versterkingsverzadigingskarakteristieken van optische halfgeleiderversterkers zorgen ervoor dat de versterking per bit gerelateerd is aan de vorige bitreeks. Het patrooneffect tussen kleine kanalen wordt ook wel cross-gain modulatie-effect genoemd. Deze techniek maakt gebruik van het statistische gemiddelde van het cross-gain modulatie-effect tussen meerdere kanalen en introduceert daarbij een continue golf met gemiddelde intensiteit om de bundel te behouden en zo de totale versterking van de versterker te comprimeren. Vervolgens wordt het cross-gain modulatie-effect tussen de kanalen verminderd.

Optische halfgeleiderversterkers hebben een eenvoudige structuur, zijn gemakkelijk te integreren en kunnen optische signalen van verschillende golflengten versterken. Ze worden veel gebruikt bij de integratie van diverse soorten lasers. De laserintegratietechnologie op basis van optische halfgeleiderversterkers ontwikkelt zich momenteel nog steeds, maar er zijn nog inspanningen nodig op de volgende drie vlakken. Ten eerste is het verminderen van het koppelingsverlies met de optische vezel het grootste probleem. Het grootste probleem van de optische halfgeleiderversterker is dat het koppelingsverlies met de vezel groot is. Om de koppelingsefficiëntie te verbeteren, kan een lens aan het koppelingssysteem worden toegevoegd om het reflectieverlies te minimaliseren, de symmetrie van de bundel te verbeteren en een hoge koppelingsefficiëntie te bereiken. Ten tweede is het verminderen van de polarisatiegevoeligheid van optische halfgeleiderversterkers belangrijk. De polarisatiekarakteristiek verwijst voornamelijk naar de polarisatiegevoeligheid van het invallende licht. Als de optische halfgeleiderversterker niet speciaal is bewerkt, zal de effectieve bandbreedte van de versterking afnemen. Een kwantumputstructuur kan de stabiliteit van optische halfgeleiderversterkers effectief verbeteren. Het is mogelijk om een ​​eenvoudige en superieure kwantumputstructuur te bestuderen om de polarisatiegevoeligheid van optische halfgeleiderversterkers te verminderen. De derde is de optimalisatie van het geïntegreerde proces. Momenteel is de integratie van optische halfgeleiderversterkers en lasers te complex en omslachtig in de technische verwerking, wat resulteert in een groot verlies in optische signaaloverdracht en invoegverlies, en de kosten zijn te hoog. Daarom moeten we proberen de structuur van geïntegreerde apparaten te optimaliseren en de precisie ervan te verbeteren.

In de optische communicatietechnologie is optische versterkingstechnologie een van de ondersteunende technologieën, en de technologie voor optische halfgeleiderversterkers ontwikkelt zich snel. Momenteel zijn de prestaties van optische halfgeleiderversterkers aanzienlijk verbeterd, met name dankzij de ontwikkeling van nieuwe generaties optische technologieën zoals golflengtemultiplexing of optische schakelmodi. Met de ontwikkeling van de informatie-industrie zal optische versterkingstechnologie, geschikt voor verschillende frequentiebanden en toepassingen, worden geïntroduceerd. De ontwikkeling en het onderzoek naar nieuwe technologieën zullen er onvermijdelijk toe leiden dat de technologie voor optische halfgeleiderversterkers zich verder ontwikkelt en bloeit.