Optischer VerstärkerReihe: Einführung in optische Halbleiterverstärker
Halbleiter-LichtverstärkerEin Halbleiter-Verstärker (SOA) ist ein optischer Verstärker auf Basis von Halbleiter-Verstärkungsmedien. Er ähnelt im Prinzip einer fasergekoppelten Halbleiterlaserröhre, wobei der Endspiegel durch eine Antireflexionsschicht ersetzt ist. Durch den Einsatz geneigter Wellenleiter lässt sich die Endreflexion weiter reduzieren. Das Signallicht wird üblicherweise durch einen Halbleiter-Einmodenwellenleiter mit einer lateralen Abmessung von 1–2 μm und einer Länge von ca. 0,5–2 mm übertragen. Der Wellenleitermodus überlappt signifikant mit der aktiven (Verstärkungs-)Zone, die durch Strom gepumpt wird. Der eingespeiste Strom erzeugt eine bestimmte Ladungsträgerdichte im Leitungsband und ermöglicht so optische Übergänge vom Leitungsband zum Valenzband. Die maximale Verstärkung wird bei Photonenenergien knapp oberhalb der Bandlückenenergie erreicht.
Funktionsprinzip des optischen Halbleiterverstärkers
Halbleiter-Lichtverstärker (SOA) verstärken einfallende Lichtsignale durch stimulierte Emission, und ihr Mechanismus ist derselbe wie der von Halbleiterlasern.SOA-Optikverstärkerist im Grunde ein Halbleiterlaser ohne Rückkopplung, dessen Kern darin besteht, eine optische Verstärkung zu erzielen, indem die Anzahl der Teilchen umgekehrt wird, wenn der optische Halbleiterverstärker optisch oder elektrisch gepumpt wird.
Arten vonSOA Halbleiter-Lichtverstärker
Je nach ihrer Rolle in Kundensystemen lassen sich SOAs in vier Kategorien einteilen: serielle, Booster-, Schalt-SOAs und Vorverstärker.
1. Direkte Einfügung: höhere Verstärkung, moderate Psat; niedrigere NF und niedrigere PDG, üblicherweise verbunden mit polarisationsunabhängigem SOA·
2. Verstärker: Höherer Psat-Wert, geringere Verstärkung, in der Regel abhängig von der Polarisation;
3. Schalter: höheres Aussterbeverhältnis und schnellere Anstiegs-/Abfallzeit;
4. Vorverstärker: geeignet für größere Übertragungsdistanzen, niedrigeres Rauschmaß und höhere Verstärkung.
Vorteile des optischen Verstärkers von SOA-Halbleitern
Die optische Verstärkung, die durch den SOA innerhalb der Bandbreite erzielt wird, ist relativ unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Signals.
Strom wird als verstärktes Pumpsignal eingespeist, anstatt optisch zu pumpen.
Aufgrund seiner kompakten Größe kann SOA mit mehreren Wellenleiter-Photonikbauelementen auf einem einzigen planaren Substrat integriert werden.
4. Sie nutzen die gleiche Technologie wie Diodenlaser.
SOA kann in den Kommunikationsspektralbändern von 1300 nm und 1550 nm mit einer größeren Bandbreite (bis zu 100 nm) betrieben werden.
6. Sie können so konfiguriert und integriert werden, dass sie als Vorverstärker am optischen Empfängerende dienen.
SOA kann als einfaches Logikgatter in WDM-optischen Netzwerken verwendet werden.
Einschränkungen des optischen Verstärkers von SOA-Halbleitern
SOA kann eine optische Ausgangsleistung von bis zu einigen zehn Milliwatt (mW) liefern, was typischerweise für den Einkanalbetrieb in Glasfaserverbindungen ausreicht. WDM-Systeme benötigen jedoch unter Umständen mehrere mW Leistung pro Kanal.
2. Da die Einkopplung von optischen Eingangsfasern in und aus SOA-integrierten Chips häufig zu Signalverlusten führt, muss SOA eine zusätzliche optische Verstärkung bereitstellen, um die Auswirkungen dieser Verluste auf die Eingangs-/Ausgangsaspekte der aktiven Zone zu minimieren.
SOA reagiert sehr empfindlich auf die Polarisation der optischen Eingangssignale.
4. Sie erzeugen in aktiven Medien ein höheres Rauschen als Faserverstärker.
Wenn in WDM-Anwendungen mehrere optische Kanäle wie nötig verstärkt werden, verursacht SOA starkes Übersprechen.
Veröffentlichungsdatum: 24. Februar 2025