Bộ khuếch đại quang bán dẫn là gì?

Cái gì là mộtbộ khuếch đại quang bán dẫn

Bộ khuếch đại quang bán dẫn là một loại bộ khuếch đại quang sử dụng môi trường khuếch đại bán dẫn. Nó tương tự như diode laser, trong đó gương ở đầu dưới được thay thế bằng lớp phủ bán phản xạ. Ánh sáng tín hiệu được truyền qua ống dẫn sóng đơn mode bán dẫn. Kích thước ngang của ống dẫn sóng là 1-2 micromet và chiều dài của nó vào khoảng 0,5-2 mm. Chế độ ống dẫn sóng có sự chồng chéo đáng kể với vùng hoạt động (khuếch đại), được bơm bởi dòng điện. Dòng điện được đưa vào tạo ra một nồng độ hạt tải nhất định trong vùng dẫn, cho phép chuyển đổi quang học từ vùng dẫn sang vùng hóa trị. Độ lợi cực đại xảy ra khi năng lượng photon lớn hơn một chút so với năng lượng vùng cấm. Bộ khuếch đại quang SOA thường được sử dụng trong các hệ thống viễn thông dưới dạng dây nối, với bước sóng hoạt động khoảng 1300nm hoặc 1500nm, cung cấp độ lợi khoảng 30dB.

CácBộ khuếch đại quang bán dẫn SOAlà một thiết bị tiếp giáp PN với cấu trúc giếng lượng tử biến dạng. Phân cực thuận bên ngoài đảo ngược số lượng hạt điện môi. Sau khi ánh sáng kích thích bên ngoài đi vào, bức xạ kích thích được tạo ra, đạt được sự khuếch đại tín hiệu quang. Cả ba quá trình truyền năng lượng trên đều tồn tại trongBộ khuếch đại quang SOA. Việc khuếch đại tín hiệu quang dựa trên phát xạ kích thích. Quá trình hấp thụ kích thích và phát xạ kích thích diễn ra đồng thời. Sự hấp thụ kích thích của ánh sáng bơm có thể được sử dụng để tăng tốc độ phục hồi các hạt mang, đồng thời, bơm điện có thể đưa các electron lên mức năng lượng cao (dải dẫn). Khi bức xạ tự phát được khuếch đại, nó sẽ tạo ra nhiễu bức xạ tự phát khuếch đại. Bộ khuếch đại quang SOA dựa trên chip bán dẫn.

Chip bán dẫn được cấu tạo từ các hợp chất bán dẫn, chẳng hạn như GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP và InP/InAlGaAs, v.v. Đây cũng là vật liệu để chế tạo laser bán dẫn. Thiết kế ống dẫn sóng của SOA giống hoặc tương tự như laser. Điểm khác biệt nằm ở chỗ laser cần tạo một khoang cộng hưởng xung quanh môi trường khuếch đại để tạo ra và duy trì dao động của tín hiệu quang. Tín hiệu quang sẽ được khuếch đại nhiều lần trong khoang trước khi được đưa ra ngoài.Bộ khuếch đại SOA(Những gì chúng ta đang thảo luận ở đây chỉ giới hạn ở bộ khuếch đại sóng lan truyền được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng), ánh sáng chỉ cần đi qua môi trường khuếch đại một lần và phản xạ ngược là tối thiểu. Cấu trúc bộ khuếch đại SOA bao gồm ba vùng: Vùng P, Vùng I (lớp hoạt động hoặc nút) và Vùng N. Lớp hoạt động thường được cấu thành từ các Giếng lượng tử, có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện và giảm dòng điện ngưỡng.

Hình 1 Laser sợi quang tích hợp SOA để tạo xung quang

Áp dụng cho việc chuyển kênh

SOA thường không chỉ được ứng dụng trong khuếch đại: chúng còn có thể được sử dụng trong lĩnh vực truyền thông sợi quang, các ứng dụng dựa trên các quy trình phi tuyến tính như độ lợi bão hòa hoặc phân cực pha chéo, tận dụng sự thay đổi nồng độ hạt mang trong bộ khuếch đại quang SOA để thu được các chiết suất khác nhau. Những hiệu ứng này có thể được áp dụng cho việc truyền kênh (chuyển đổi bước sóng), chuyển đổi định dạng điều chế, phục hồi xung nhịp, tái tạo tín hiệu và nhận dạng mẫu, v.v. trong các hệ thống ghép kênh phân chia bước sóng.

Với sự tiến bộ của công nghệ mạch tích hợp quang điện tử và việc giảm chi phí sản xuất, các lĩnh vực ứng dụng của bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA như bộ khuếch đại cơ bản, thiết bị quang chức năng và các thành phần hệ thống con sẽ tiếp tục mở rộng.