Optische Verstärkerserie: Einführung in optische Halbleiterverstärker

Optischer VerstärkerSerie: Einführung in optische Halbleiterverstärker

Optischer Halbleiterverstärker(SOA) ist ein optischer Verstärker auf Basis von Halbleiter-Verstärkungsmedien. Er ähnelt im Wesentlichen einer fasergekoppelten Halbleiterlaserröhre, wobei der Endspiegel durch eine Antireflexionsschicht ersetzt ist. Gekippte Wellenleiter können die Endreflexion weiter reduzieren. Signallicht wird üblicherweise durch einen Halbleiter-Singlemode-Wellenleiter mit einer lateralen Abmessung von 1–2 µm und einer Länge von ca. 0,5–2 mm übertragen. Der Wellenleitermodus überlappt sich deutlich mit dem aktiven (Verstärkungs-)Bereich, der durch Strom gepumpt wird. Durch die Stromzufuhr wird eine bestimmte Trägerdichte im Leitungsband erzeugt, die optische Übergänge vom Leitungsband zum Valenzband ermöglicht. Die maximale Verstärkung tritt bei Photonenenergien knapp oberhalb der Bandlückenenergie auf.

Funktionsprinzip des optischen Halbleiterverstärkers
Optische Halbleiterverstärker (SOA) verstärken einfallende Lichtsignale durch stimulierte Emission und ihr Mechanismus ist derselbe wie der von Halbleiterlasern.Optischer SOA-Verstärkerist einfach ein Halbleiterlaser ohne Rückkopplung, dessen Kern darin besteht, eine optische Verstärkung durch Umkehrung der Partikelanzahl zu erzielen, wenn der optische Halbleiterverstärker optisch oder elektrisch gepumpt wird.
Arten vonSOA Optischer Halbleiterverstärker
Entsprechend der Rolle, die SOA in Kundensystemen spielt, können sie in vier Kategorien unterteilt werden: Seriell, Booster, Schalt-SOA und Vorverstärker.
1. Direkteinführung: höhere Verstärkung, moderater Psat; niedrigere NF und niedrigere PDG, normalerweise verbunden mit polarisationsunabhängiger SOA·
2. Enhancer: Höherer Psat, geringere Verstärkung, normalerweise abhängig von der Polarisation;
3. Schalter: höheres Extinktionsverhältnis und schnellere Anstiegs-/Abfallzeit;
4. Vorverstärker: geeignet für längere Übertragungsdistanzen, niedrigere NF und höhere Verstärkung.
Vorteile des optischen SOA-Halbleiterverstärkers
Die durch SOA innerhalb der Bandbreite bereitgestellte optische Verstärkung ist relativ unabhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Signals.
Geben Sie Strom als verstärktes Pumpsignal ein, statt als optisches Pumpen.
Aufgrund seiner kompakten Größe kann SOA mit mehreren Wellenleiter-Photonikgeräten auf einem einzigen planaren Substrat integriert werden.
4. Sie verwenden 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 optischen WDM-Netzwerken verwendet werden.

Einschränkungen des optischen SOA-Halbleiterverstärkers
SOA kann eine optische Ausgangsleistung von bis zu mehreren zehn Milliwatt (mW) liefern, was typischerweise für den Einkanalbetrieb in Glasfaserkommunikationsverbindungen ausreicht. WDM-Systeme können jedoch bis zu mehreren mW Leistung pro Kanal benötigen.
2. Da die Kopplung von Eingangslichtwellenleitern in und aus integrierten SOA-Chips häufig zu Signalverlusten führt, muss SOA zusätzliche optische Verstärkung bereitstellen, um die Auswirkungen dieses Verlusts auf die Eingangs-/Ausgangsaspekte des aktiven Bereichs zu minimieren.
SOA reagiert äußerst empfindlich auf die Polarisation optischer Eingangssignale.
4. Sie erzeugen in aktiven Medien höhere Rauschpegel als Faserverstärker.
Wenn in WDM-Anwendungen mehrere optische Kanäle nach Bedarf verstärkt werden, führt SOA zu starkem Übersprechen.