Hvordan gørhalvleder optisk forstærkeropnå forstærkning?
Efter fremkomsten af æraen med storkapacitets optisk fiberkommunikation har optisk forstærkningsteknologi udviklet sig hurtigt.Optiske forstærkereforstærke optiske inputsignaler baseret på stimuleret stråling eller stimuleret spredning. I henhold til arbejdsprincippet kan optiske forstærkere opdeles i halvlederoptiske forstærkere (SOA) ogoptiske fiberforstærkereBlandt dem,halvlederoptiske forstærkereanvendes i vid udstrækning i optisk kommunikation på grund af fordelene ved bredt forstærkningsbånd, god integration og bredt bølgelængdeområde. De er sammensat af aktive og passive områder, hvor det aktive område er forstærkningsområdet. Når lyssignalet passerer gennem det aktive område, mister elektronerne energi og vender tilbage til grundtilstanden i form af fotoner, der har samme bølgelængde som lyssignalet, hvorved lyssignalet forstærkes. Den optiske halvlederforstærker omdanner halvlederbæreren til den omvendte partikel ved hjælp af drivstrømmen, forstærker den injicerede frølysamplitude og opretholder de grundlæggende fysiske egenskaber ved det injicerede frølys, såsom polarisering, linjebredde og frekvens. Med stigende arbejdsstrøm øges den optiske udgangseffekt også i et bestemt funktionelt forhold.
Men denne vækst er ikke uden grænser, fordi optiske halvlederforstærkere har et forstærkningsmætningsfænomen. Fænomenet viser, at når den optiske indgangseffekt er konstant, øges forstærkningen med stigningen i den injicerede bærerkoncentration, men når den injicerede bærerkoncentration er for stor, vil forstærkningen mættes eller endda falde. Når koncentrationen af den injicerede bærer er konstant, øges udgangseffekten med stigningen i indgangseffekten, men når den optiske indgangseffekt er for stor, er bærerforbrugshastigheden forårsaget af den exciterede stråling for stor, hvilket resulterer i forstærkningsmætning eller -fald. Årsagen til forstærkningsmætningsfænomenet er interaktionen mellem elektroner og fotoner i det aktive områdemateriale. Uanset om det er fotoner genereret i forstærkningsmediet eller eksterne fotoner, er den hastighed, hvormed den stimulerede stråling forbruger bærerne, relateret til den hastighed, hvormed bærerne genopfyldes til det tilsvarende energiniveau over tid. Ud over den stimulerede stråling ændres også den bærerhastighed, der forbruges af andre faktorer, hvilket påvirker forstærkningsmætningen negativt.
Da den vigtigste funktion af halvlederoptiske forstærkere er lineær forstærkning, primært for at opnå forstærkning, kan de bruges som effektforstærkere, linjeforstærkere og forforstærkere i kommunikationssystemer. I transmissionsenden bruges den halvlederoptiske forstærker som en effektforstærker til at forbedre udgangseffekten i transmissionsenden af systemet, hvilket kan øge relæafstanden til systemets trunk betydeligt. I transmissionslinjen kan den halvlederoptiske forstærker bruges som en lineær relæforstærker, så den regenerative transmissionsrelæafstand kan forlænges igen med stormskridt. I modtagerenden kan den halvlederoptiske forstærker bruges som en forforstærker, hvilket kan forbedre modtagerens følsomhed betydeligt. Forstærkningsmætningskarakteristikaene for halvlederoptiske forstærkere vil medføre, at forstærkningen pr. bit er relateret til den foregående bitsekvens. Mønstereffekten mellem små kanaler kan også kaldes krydsforstærkningsmodulationseffekt. Denne teknik bruger det statistiske gennemsnit af krydsforstærkningsmodulationseffekten mellem flere kanaler og introducerer en kontinuerlig bølge med medium intensitet i processen for at opretholde strålen og dermed komprimere forstærkerens samlede forstærkning. Derefter reduceres krydsforstærkningsmodulationseffekten mellem kanalerne.
Halvlederoptiske forstærkere har en simpel struktur, nem integration og kan forstærke optiske signaler med forskellige bølgelængder, og de anvendes i vid udstrækning i integrationen af forskellige typer lasere. I øjeblikket fortsætter laserintegrationsteknologien baseret på halvlederoptiske forstærkere med at modnes, men der skal stadig gøres en indsats inden for følgende tre aspekter. Det ene er at reducere koblingstabet med den optiske fiber. Hovedproblemet med den halvlederoptiske forstærker er, at koblingstabet med fiberen er stort. For at forbedre koblingseffektiviteten kan en linse tilføjes til koblingssystemet for at minimere reflektionstabet, forbedre strålens symmetri og opnå højeffektiv kobling. Det andet er at reducere polarisationsfølsomheden af halvlederoptiske forstærkere. Polarisationskarakteristikken refererer primært til polarisationsfølsomheden af det indfaldende lys. Hvis den halvlederoptiske forstærker ikke er specielt behandlet, vil den effektive båndbredde af forstærkningen blive reduceret. Kvantebrøndstrukturen kan effektivt forbedre stabiliteten af halvlederoptiske forstærkere. Det er muligt at studere en simpel og overlegen kvantebrøndstruktur for at reducere polarisationsfølsomheden af halvlederoptiske forstærkere. Det tredje er optimering af den integrerede proces. I øjeblikket er integrationen af halvlederoptiske forstærkere og lasere for kompliceret og besværlig i den tekniske bearbejdning, hvilket resulterer i et stort tab i optisk signaltransmission og enhedsindsættelsestab, og omkostningerne er for høje. Derfor bør vi forsøge at optimere strukturen af integrerede enheder og forbedre enhedernes præcision.
Inden for optisk kommunikationsteknologi er optisk forstærkningsteknologi en af de understøttende teknologier, og halvlederoptisk forstærkerteknologi udvikler sig hurtigt. I øjeblikket er ydeevnen af halvlederoptiske forstærkere blevet betydeligt forbedret, især i udviklingen af nye generationer af optiske teknologier såsom bølgelængdemultipleksering eller optiske omskiftningstilstande. Med udviklingen af informationsindustrien vil den optiske forstærkningsteknologi, der er egnet til forskellige bånd og forskellige anvendelser, blive introduceret, og udviklingen og forskningen af nye teknologier vil uundgåeligt få halvlederoptisk forstærkerteknologi til at fortsætte med at udvikle sig og trives.
Opslagstidspunkt: 25. feb. 2025