Kuidas pooljuht-optiline võimendi võimendust saavutab?

Kuidaspooljuhtoptiline võimendisaavutada võimendust?

Pärast suure mahutavusega kiudoptilise kommunikatsiooni ajastu tulekut on optilise võimenduse tehnoloogia kiiresti arenenud.Optilised võimendidvõimendavad sisendoptilisi signaale stimuleeritud kiirguse või stimuleeritud hajumise põhjal. Tööpõhimõtte kohaselt saab optilised võimendid jagada pooljuht-optilisteks võimenditeks (SOA) jaoptilised kiudvõimendidNende hulgaspooljuhtide optilised võimendidLaia võimendusriba, hea integreerimise ja laia lainepikkuste vahemiku eeliste tõttu kasutatakse neid laialdaselt optilises sides. Need koosnevad aktiivsetest ja passiivsetest piirkondadest ning aktiivne piirkond on võimenduspiirkond. Kui valgussignaal läbib aktiivset piirkonda, kaotavad elektronid energiat ja naasevad põhiolekusse footonite kujul, millel on sama lainepikkus kui valgussignaalil, võimendades seega valgussignaali. Pooljuht-optiline võimendi muudab pooljuhtlaengukandja juhtvoolu abil pöördosakeseks, võimendab süstitud seemnevalguse amplituudi ja säilitab süstitud seemnevalguse põhilised füüsikalised omadused, nagu polarisatsioon, joone laius ja sagedus. Töövoolu suurenemisega suureneb ka väljundoptiline võimsus teatud funktsionaalses seoses.

Kuid see kasv pole piiritu, sest pooljuht-optilistel võimenditel on võimenduse küllastuse fenomen. See fenomen näitab, et kui sisendoptiline võimsus on konstantne, suureneb võimendus süstitud laengukandjate kontsentratsiooni suurenemisega, kuid kui süstitud laengukandjate kontsentratsioon on liiga suur, siis võimendus küllastub või isegi väheneb. Kui süstitud laengukandjate kontsentratsioon on konstantne, suureneb väljundvõimsus sisendvõimsuse suurenemisega, kuid kui sisendoptiline võimsus on liiga suur, on ergastatud kiirguse põhjustatud laengukandjate tarbimiskiirus liiga suur, mille tulemuseks on võimenduse küllastumine või vähenemine. Võimendusküllastuse fenomeni põhjuseks on elektronide ja footonite vastastikmõju aktiivse piirkonna materjalis. Olenemata sellest, kas tegemist on võimenduskeskkonnas genereeritud footonite või väliste footonitega, on stimuleeritud kiirguse laengukandjate tarbimiskiirus seotud laengukandjate aja jooksul vastava energiatasemeni taastumise kiirusega. Lisaks stimuleeritud kiirgusele muutuvad ka teiste tegurite poolt tarbitav laengukandjate kiirus, mis mõjutab võimenduse küllastust negatiivselt.

Kuna pooljuht-optiliste võimendite kõige olulisem funktsioon on lineaarne võimendus, peamiselt võimenduse saavutamiseks, saab neid sidesüsteemides kasutada võimsusvõimendite, liinivõimendite ja eelvõimenditena. Saatja poolel kasutatakse pooljuht-optilist võimendit võimsusvõimendina, et suurendada süsteemi saatja otsa väljundvõimsust, mis võib oluliselt suurendada süsteemi magistraalliini relee kaugust. Ülekandeliinil saab pooljuht-optilist võimendit kasutada lineaarse releevõimendina, nii et edastusregeneratiivse relee kaugust saab hüppeliselt pikendada. Vastuvõtja poolel saab pooljuht-optilist võimendit kasutada eelvõimendina, mis võib oluliselt parandada vastuvõtja tundlikkust. Pooljuht-optiliste võimendite võimenduse küllastuskarakteristikud põhjustavad biti võimenduse seotuse eelmise bitijadaga. Väikeste kanalite vahelist mustriefekti võib nimetada ka ristvõimenduse modulatsiooni efektiks. See tehnika kasutab mitme kanali vahelise ristvõimenduse modulatsiooni efekti statistilist keskmist ja lisab protsessi keskmise intensiivsusega pideva laine, et säilitada kiire, surudes seeläbi kokku võimendi koguvõimenduse. Seejärel väheneb kanalite vaheline ristvõimenduse modulatsiooni efekt.

Pooljuht-optilistel võimenditel on lihtne konstruktsioon, lihtne integreerimine ning need suudavad võimendada erineva lainepikkusega optilisi signaale. Neid kasutatakse laialdaselt erinevat tüüpi laserite integreerimisel. Praegu areneb pooljuht-optilistel võimenditel põhinev laserintegratsioonitehnoloogia pidevalt, kuid järgmistes kolmes aspektis on vaja teha jõupingutusi. Esiteks on vaja vähendada sidestuskaod optilise kiuga. Pooljuht-optilise võimendi peamine probleem on suur sidestuskao. Sidestustõhususe parandamiseks saab sidestussüsteemi lisada läätse, et minimeerida peegelduskaod, parandada kiire sümmeetriat ja saavutada kõrge sidestustõhusus. Teiseks on vaja vähendada pooljuht-optiliste võimendite polarisatsioonitundlikkust. Polarisatsioonikarakteristik viitab peamiselt langeva valguse polarisatsioonitundlikkusele. Kui pooljuht-optilist võimendit ei töödelda spetsiaalselt, väheneb võimenduse efektiivne ribalaius. Kvantkaevude struktuur saab tõhusalt parandada pooljuht-optiliste võimendite stabiilsust. Lihtsa ja parema kvantkaevude struktuuri uurimisega saab vähendada pooljuht-optiliste võimendite polarisatsioonitundlikkust. Kolmas on integreerimisprotsessi optimeerimine. Praegu on pooljuhtoptiliste võimendite ja laserite integreerimine tehnilises töötlemises liiga keeruline ja tülikas, mille tulemuseks on suur optilise signaali ülekande kadu ja seadme sisestamise kadu ning liiga kõrge hind. Seetõttu peaksime püüdma optimeerida integreeritud seadmete struktuuri ja parandada seadmete täpsust.

Optilise side tehnoloogias on optilise võimenduse tehnoloogia üks tugitehnoloogiaid ja pooljuhtide optilise võimendi tehnoloogia areneb kiiresti. Praegu on pooljuhtide optiliste võimendite jõudlus oluliselt paranenud, eriti uue põlvkonna optiliste tehnoloogiate, näiteks lainepikkuse jagamise multipleksimise või optilise lülitusrežiimi arendamisel. Infotööstuse arenguga tutvustatakse erinevatele sagedusribadele ja erinevatele rakendustele sobivaid optilise võimenduse tehnoloogiaid ning uute tehnoloogiate väljatöötamine ja uurimine viib paratamatult pooljuhtide optilise võimendi tehnoloogia edasise arengu ja õitsenguni.