Kakopoluvodičko optičko pojačalopostići pojačanje?
Nakon pojave ere komunikacije optičkim vlaknima velikog kapaciteta, tehnologija optičkog pojačanja se brzo razvila.Optička pojačalapojačavaju ulazne optičke signale na temelju stimuliranog zračenja ili stimuliranog raspršenja. Prema principu rada, optička pojačala mogu se podijeliti na poluvodička optička pojačala (SOA) ioptička vlaknasta pojačalaMeđu njima,poluvodička optička pojačalaŠiroko se koriste u optičkoj komunikaciji zbog prednosti širokog pojasa pojačanja, dobre integracije i širokog raspona valnih duljina. Sastoje se od aktivnih i pasivnih područja, a aktivno područje je područje pojačanja. Kada svjetlosni signal prolazi kroz aktivno područje, to uzrokuje gubitak energije elektrona i njihov povratak u osnovno stanje u obliku fotona, koji imaju istu valnu duljinu kao i svjetlosni signal, čime se pojačava svjetlosni signal. Poluvodičko optičko pojačalo pretvara poluvodički nosač u obrnutu česticu pomoću pogonske struje, pojačava amplitudu injektirane svjetlosne sjemenke i održava osnovne fizičke karakteristike injektirane svjetlosne sjemenke kao što su polarizacija, širina linije i frekvencija. S povećanjem radne struje, izlazna optička snaga također se povećava u određenom funkcionalnom odnosu.
Ali ovaj rast nije bezgraničan, jer poluvodička optička pojačala imaju fenomen zasićenja pojačanja. Fenomen pokazuje da kada je ulazna optička snaga konstantna, pojačanje se povećava s povećanjem koncentracije injektiranog nosioca, ali kada je koncentracija injektiranog nosioca prevelika, pojačanje će se zasititi ili čak smanjiti. Kada je koncentracija injektiranog nosioca konstantna, izlazna snaga se povećava s povećanjem ulazne snage, ali kada je ulazna optička snaga prevelika, brzina potrošnje nosioca uzrokovana pobuđenim zračenjem je prevelika, što rezultira zasićenjem ili smanjenjem pojačanja. Razlog fenomena zasićenja pojačanja je interakcija između elektrona i fotona u materijalu aktivnog područja. Bilo da se radi o fotonima generiranim u mediju pojačanja ili vanjskim fotonima, brzina kojom stimulirano zračenje troši nosioce povezana je s brzinom kojom se nosioci s vremenom nadopunjuju na odgovarajuću energetsku razinu. Osim stimuliranog zračenja, mijenja se i brzina potrošnje nosioca zbog drugih čimbenika, što negativno utječe na zasićenje pojačanja.
Budući da je najvažnija funkcija poluvodičkih optičkih pojačala linearno pojačanje, uglavnom za postizanje pojačanja, mogu se koristiti kao pojačala snage, linijska pojačala i predpojačala u komunikacijskim sustavima. Na odašiljačkom kraju, poluvodičko optičko pojačalo koristi se kao pojačalo snage za poboljšanje izlazne snage na odašiljačkom kraju sustava, što može uvelike povećati udaljenost releja u sustavu. U prijenosnoj liniji, poluvodičko optičko pojačalo može se koristiti kao linearno relejno pojačalo, tako da se udaljenost regenerativnog releja prijenosa može ponovno značajno produžiti. Na prijemnom kraju, poluvodičko optičko pojačalo može se koristiti kao predpojačalo, što može uvelike poboljšati osjetljivost prijemnika. Karakteristike zasićenja pojačanja poluvodičkih optičkih pojačala uzrokovat će da je pojačanje po bitu povezano s prethodnim nizom bitova. Učinak uzorka između malih kanala može se nazvati i efektom modulacije unakrsnog pojačanja. Ova tehnika koristi statistički prosjek efekta modulacije unakrsnog pojačanja između više kanala i uvodi kontinuirani val srednjeg intenziteta u proces kako bi održala snop, čime se komprimira ukupno pojačanje pojačala. Tada se smanjuje efekt modulacije unakrsnog pojačanja između kanala.
Poluvodička optička pojačala imaju jednostavnu strukturu, jednostavnu integraciju i mogu pojačati optičke signale različitih valnih duljina te se široko koriste u integraciji različitih vrsta lasera. Trenutno se tehnologija integracije lasera temeljena na poluvodičkim optičkim pojačalima i dalje razvija, ali još uvijek je potrebno uložiti napore u sljedeća tri aspekta. Prvi je smanjenje gubitka sprege s optičkim vlaknom. Glavni problem poluvodičkog optičkog pojačala je taj što je gubitak sprege s vlaknom velik. Kako bi se poboljšala učinkovitost sprege, sustavu sprege može se dodati leća kako bi se smanjili gubici refleksije, poboljšala simetrija snopa i postigla visoka učinkovitost sprege. Drugi je smanjenje polarizacijske osjetljivosti poluvodičkih optičkih pojačala. Karakteristika polarizacije uglavnom se odnosi na polarizacijsku osjetljivost upadne svjetlosti. Ako poluvodičko optičko pojačalo nije posebno obrađeno, efektivna propusnost pojačanja će se smanjiti. Struktura kvantnih jama može učinkovito poboljšati stabilnost poluvodičkih optičkih pojačala. Moguće je proučavati jednostavnu i superiorniju strukturu kvantnih jama kako bi se smanjila polarizacijska osjetljivost poluvodičkih optičkih pojačala. Treći je optimizacija integriranog procesa. Trenutno je integracija poluvodičkih optičkih pojačala i lasera previše komplicirana i nezgrapna u tehničkoj obradi, što rezultira velikim gubitkom u prijenosu optičkog signala i gubitkom umetnutog signala u uređaj, a troškovi su previsoki. Stoga bismo trebali pokušati optimizirati strukturu integriranih uređaja i poboljšati preciznost uređaja.
U optičkoj komunikacijskoj tehnologiji, tehnologija optičkog pojačanja jedna je od pratećih tehnologija, a tehnologija poluvodičkih optičkih pojačala brzo se razvija. Trenutno su performanse poluvodičkih optičkih pojačala znatno poboljšane, posebno u razvoju optičkih tehnologija nove generacije kao što su multipleksiranje valne duljine ili optički preklopni načini rada. Razvojem informacijske industrije uvest će se tehnologija optičkog pojačanja prikladna za različite pojaseve i različite primjene, a razvoj i istraživanje novih tehnologija neizbježno će dovesti do daljnjeg razvoja i prosperiteta tehnologije poluvodičkih optičkih pojačala.
Vrijeme objave: 25. veljače 2025.