Wie erreicht ein optischer Halbleiterverstärker eine Verstärkung?

Wie funktioniertoptischer HalbleiterverstärkerVerstärkung erreichen?

Seit dem Beginn des Zeitalters der Glasfaserkommunikation mit hoher Kapazität hat sich die optische Verstärkungstechnologie rasant weiterentwickelt.Optische Verstärkerverstärken optische Eingangssignale basierend auf stimulierter Strahlung oder stimulierter Streuung. Optische Verstärker können je nach Funktionsprinzip in Halbleiter-Optikverstärker (SOA) UndGlasfaserverstärker. Unter ihnen,Halbleiter-Optikverstärkerwerden aufgrund ihrer Vorteile wie breites Verstärkungsband, gute Integration und großer Wellenlängenbereich häufig in der optischen Kommunikation eingesetzt. Sie bestehen aus aktiven und passiven Bereichen, wobei der aktive Bereich der Verstärkungsbereich ist. Durchläuft das Lichtsignal den aktiven Bereich, verlieren die Elektronen Energie und kehren in Form von Photonen mit der gleichen Wellenlänge wie das Lichtsignal in den Grundzustand zurück, wodurch das Lichtsignal verstärkt wird. Der optische Halbleiterverstärker wandelt den Halbleiterträger durch den Antriebsstrom in umgekehrte Teilchen um, verstärkt die Amplitude des eingespeisten Saatlichts und behält dessen grundlegende physikalische Eigenschaften wie Polarisation, Linienbreite und Frequenz bei. Mit steigendem Betriebsstrom steigt auch die optische Ausgangsleistung in einem bestimmten funktionalen Zusammenhang.

Dieses Wachstum ist jedoch nicht unbegrenzt, da Halbleiter-Lichtverstärker ein Sättigungsphänomen aufweisen. Dieses Phänomen zeigt, dass bei konstanter Eingangsleistung die Verstärkung mit zunehmender Ladungsträgerkonzentration zunimmt. Bei zu hoher Ladungsträgerkonzentration hingegen sättigt oder sinkt die Verstärkung. Bei konstanter Ladungsträgerkonzentration steigt die Ausgangsleistung mit zunehmender Eingangsleistung. Bei zu hoher Eingangsleistung hingegen ist die durch die angeregte Strahlung verursachte Trägerverbrauchsrate zu hoch, was zu einer Sättigung oder einem Rückgang der Verstärkung führt. Ursache für das Sättigungsphänomen ist die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Photonen im Material des aktiven Bereichs. Unabhängig davon, ob es sich um im Verstärkungsmedium erzeugte oder externe Photonen handelt, hängt die Rate, mit der die angeregte Strahlung die Träger verbraucht, mit der Rate zusammen, mit der die Träger mit der Zeit das entsprechende Energieniveau erreichen. Neben der angeregten Strahlung ändert sich die Trägerverbrauchsrate auch durch andere Faktoren, was sich negativ auf die Sättigung der Verstärkung auswirkt.

Da die wichtigste Funktion von Halbleiter-Lichtverstärkern die lineare Verstärkung ist, hauptsächlich zur Erzielung einer Signalverstärkung, können sie als Leistungsverstärker, Leitungsverstärker und Vorverstärker in Kommunikationssystemen eingesetzt werden. Sendeseitig dient der Halbleiter-Lichtverstärker als Leistungsverstärker, um die Ausgangsleistung des Systems zu erhöhen und so die Übertragungsdistanz der Hauptleitung deutlich zu erhöhen. In der Übertragungsleitung kann der Halbleiter-Lichtverstärker als linearer Relaisverstärker eingesetzt werden, wodurch die Übertragungsdistanz sprunghaft verlängert werden kann. Empfangsseitig dient der Halbleiter-Lichtverstärker als Vorverstärker, wodurch die Empfindlichkeit des Empfängers deutlich verbessert wird. Die Verstärkungssättigungseigenschaften von Halbleiter-Lichtverstärkern führen dazu, dass die Verstärkung pro Bit mit der vorherigen Bitfolge in Beziehung steht. Der Mustereffekt zwischen kleinen Kanälen wird auch als Kreuzverstärkungsmodulationseffekt bezeichnet. Dieses Verfahren nutzt den statistischen Durchschnitt des Kreuzverstärkungsmodulationseffekts zwischen mehreren Kanälen und führt dabei eine kontinuierliche Welle mittlerer Intensität ein, um den Strahl aufrechtzuerhalten und so die Gesamtverstärkung des Verstärkers zu reduzieren. Dann wird der Cross-Gain-Modulationseffekt zwischen den Kanälen reduziert.

Halbleiter-Lichtverstärker zeichnen sich durch eine einfache Struktur und Integration aus und können optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen verstärken. Sie werden häufig bei der Integration verschiedener Lasertypen eingesetzt. Die Laserintegrationstechnologie auf Basis von Halbleiter-Lichtverstärkern entwickelt sich derzeit weiter, erfordert jedoch noch weitere Anstrengungen in den folgenden drei Bereichen. Erstens muss der Kopplungsverlust mit der Glasfaser reduziert werden. Das Hauptproblem von Halbleiter-Lichtverstärkern ist der hohe Kopplungsverlust mit der Glasfaser. Um die Kopplungseffizienz zu verbessern, kann dem Kopplungssystem eine Linse hinzugefügt werden, um den Reflexionsverlust zu minimieren, die Strahlsymmetrie zu verbessern und eine hocheffiziente Kopplung zu erreichen. Zweitens muss die Polarisationsempfindlichkeit von Halbleiter-Lichtverstärkern reduziert werden. Die Polarisationseigenschaft beschreibt im Wesentlichen die Polarisationsempfindlichkeit des einfallenden Lichts. Ohne spezielle Bearbeitung des Halbleiter-Lichtverstärkers verringert sich die effektive Bandbreite der Verstärkung. Eine Quantentopfstruktur kann die Stabilität von Halbleiter-Lichtverstärkern effektiv verbessern. Es ist möglich, eine einfache und überlegene Quantentopfstruktur zu entwickeln, um die Polarisationsempfindlichkeit von Halbleiter-Lichtverstärkern zu reduzieren. Drittens muss der Integrationsprozess optimiert werden. Derzeit ist die Integration von optischen Halbleiterverstärkern und Lasern technisch zu kompliziert und aufwendig. Dies führt zu erheblichen Verlusten bei der optischen Signalübertragung und Einfügungsverlusten der Geräte und ist zudem kostenintensiv. Daher sollten wir versuchen, die Struktur integrierter Geräte zu optimieren und deren Präzision zu verbessern.

In der optischen Kommunikationstechnologie ist die optische Verstärkungstechnologie eine der unterstützenden Technologien, und die Technologie der optischen Halbleiterverstärker entwickelt sich rasant. Die Leistungsfähigkeit optischer Halbleiterverstärker wurde bereits deutlich verbessert, insbesondere durch die Entwicklung optischer Technologien der neuen Generation wie Wellenlängenmultiplex oder optischer Schaltmodi. Mit der Entwicklung der Informationsindustrie werden optische Verstärkungstechnologien für verschiedene Bänder und Anwendungen eingeführt. Die Entwicklung und Erforschung neuer Technologien wird die Weiterentwicklung und den Erfolg der optischen Halbleiterverstärkertechnologie unweigerlich vorantreiben.