Ano ang isang semiconductor optical amplifier

Ano ang isangsemiconductor optical amplifier

Ang semiconductor optical amplifier ay isang uri ng optical amplifier na gumagamit ng semiconductor gain medium. Ito ay katulad ng isang laser diode, kung saan ang salamin sa ibabang dulo ay pinapalitan ng isang semi-reflective coating. Ang signal light ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang semiconductor single-mode waveguide. Ang transverse dimension ng waveguide ay 1-2 micrometers at ang haba nito ay nasa order na 0.5-2mm. Ang waveguide mode ay may malaking overlap sa active (amplification) region, na pinu-pump ng current. Ang injected current ay bumubuo ng isang tiyak na carrier concentration sa conduction band, na nagpapahintulot sa optical transition ng conduction band patungo sa valence band. Ang peak gain ay nangyayari kapag ang photon energy ay bahagyang mas malaki kaysa sa bandgap energy. Ang SOA optical amplifier ay karaniwang ginagamit sa mga telecommunication system sa anyo ng mga pigtail, na may operating wavelength na nasa humigit-kumulang 1300nm o 1500nm, na nagbibigay ng humigit-kumulang 30dB ng gain.

AngSOA semiconductor optical amplifieray isang PN junction device na may istrukturang strain quantum well. Binabaligtad ng external forward bias ang bilang ng mga dielectric particle. Matapos pumasok ang external excitation light, nalilikha ang stimulated radiation, na nakakamit ang amplification ng mga optical signal. Ang lahat ng nabanggit na tatlong proseso ng paglilipat ng enerhiya ay umiiral saSOA optical amplifierAng paglaki ng mga optical signal ay batay sa stimulated emission. Ang mga proseso ng stimulated absorption at stimulated emission ay sabay na umiiral. Ang stimulated absorption ng pump light ay maaaring gamitin upang mapabilis ang pagbawi ng mga carrier, at kasabay nito, ang electric pump ay maaaring magpadala ng mga electron sa isang mataas na antas ng enerhiya (conduction band). Kapag ang kusang radiation ay pinalaki, ito ay bubuo ng pinalakas na kusang radiation noise. Ang ‍SOA optical amplifier ay batay sa mga semiconductor chips.

Ang mga semiconductor chip ay binubuo ng mga compound semiconductor, tulad ng GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP at InP/InAlGaAs, atbp. Ito rin ang mga materyales para sa paggawa ng mga semiconductor laser. Ang disenyo ng waveguide ng SOA ay pareho o katulad ng sa mga laser. Ang pagkakaiba ay nasa pangangailangan ng mga laser na bumuo ng isang resonant cavity sa paligid ng gain medium upang makabuo at mapanatili ang oscillation ng optical signal. Ang optical signal ay palalakasin nang maraming beses sa cavity bago i-output.Pang-amplifier ng SOA(ang tinatalakay natin dito ay limitado sa mga travelling wave amplifier na ginagamit sa karamihan ng mga aplikasyon), ang liwanag ay kailangan lamang dumaan sa gain medium nang isang beses, at ang backward reflection ay minimal. Ang istruktura ng SOA amplifier ay binubuo ng tatlong lugar: Area P, Area I (aktibong layer o node), at Area N. Ang aktibong layer ay karaniwang binubuo ng mga quantum Well, na maaaring mapabuti ang photoelectric conversion efficiency at mabawasan ang threshold current.

Pigura 1 Fiber laser na may integrated SOA para sa pagbuo ng optical pulses

Inilapat sa paglilipat ng channel

Ang mga SOA ay karaniwang hindi lamang inilalapat sa amplification: maaari rin itong gamitin sa larangan ng optical fiber communication, mga aplikasyon batay sa mga nonlinear na proseso tulad ng saturation gain o cross-phase polarization, na gumagamit ng pagkakaiba-iba ng konsentrasyon ng carrier sa SOA optical amplifier upang makakuha ng iba't ibang refractive indices. Ang mga epektong ito ay maaaring ilapat sa channel transfer (wavelength conversion), modulation format conversion, clock recovery, signal regeneration at pattern recognition, atbp. sa mga wavelength division multiplexing system.

Kasabay ng pagsulong ng teknolohiya ng optoelectronic integrated circuit at pagbaba ng mga gastos sa pagmamanupaktura, ang mga larangan ng aplikasyon ng SOA semiconductor optical amplifier bilang mga pangunahing amplifier, functional optical device, at mga bahagi ng subsystem ay patuloy na lalawak.