Kā pusvadītāju optiskais pastiprinātājs panāk pastiprinājumu?

Kā tas notiekpusvadītāju optiskais pastiprinātājspanākt pastiprinājumu?

Pēc lielas ietilpības optisko šķiedru sakaru laikmeta iestāšanās optiskās pastiprināšanas tehnoloģija ir strauji attīstījusies.Optiskie pastiprinātājipastiprina ieejas optiskos signālus, pamatojoties uz stimulētu starojumu vai stimulētu izkliedi. Saskaņā ar darbības principu optiskos pastiprinātājus var iedalīt pusvadītāju optiskajos pastiprinātājos (Pakalpojumu avoti) unoptisko šķiedru pastiprinātājiStarp tiem,pusvadītāju optiskie pastiprinātājiPateicoties plašas pastiprinājuma joslas, labas integrācijas un plaša viļņu garuma diapazona priekšrocībām, tos plaši izmanto optiskajā sakaros. Tie sastāv no aktīvajiem un pasīvajiem apgabaliem, un aktīvais apgabals ir pastiprinājuma apgabals. Kad gaismas signāls iziet cauri aktīvajam apgabalam, elektroni zaudē enerģiju un atgriežas pamatstāvoklī fotonu veidā, kuru viļņa garums ir tāds pats kā gaismas signālam, tādējādi pastiprinot gaismas signālu. Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs ar virzošo strāvu pārveido pusvadītāju nesēju par apgriezto daļiņu, pastiprina injicētās gaismas amplitūdu un uztur injicētās gaismas pamatfizikālās īpašības, piemēram, polarizāciju, līnijas platumu un frekvenci. Palielinoties darba strāvai, izejas optiskā jauda palielinās arī noteiktās funkcionālās attiecībās.

Taču šim pieaugumam nav ierobežojumu, jo pusvadītāju optiskajiem pastiprinātājiem piemīt pastiprinājuma piesātinājuma fenomens. Šī fenomena pamatā ir tas, ka, ja ieejas optiskā jauda ir nemainīga, pastiprinājums palielinās, palielinoties injicētās nesēja koncentrācijai, bet, ja injicētās nesēja koncentrācija ir pārāk liela, pastiprinājums piesātinās vai pat samazinās. Ja injicētās nesēja koncentrācija ir nemainīga, izejas jauda palielinās, palielinoties ieejas jaudai, bet, ja ieejas optiskā jauda ir pārāk liela, ierosinātā starojuma izraisītais nesēja patēriņa ātrums ir pārāk liels, kā rezultātā pastiprinājums piesātinās vai samazinās. Pastiprinājuma piesātinājuma fenomena iemesls ir elektronu un fotonu mijiedarbība aktīvā apgabala materiālā. Neatkarīgi no tā, vai fotoni ģenerēti pastiprinājuma vidē vai ārējie fotoni, ātrums, ar kādu stimulētais starojums patērē nesējus, ir saistīts ar ātrumu, ar kādu nesēji laika gaitā papildinās līdz atbilstošam enerģijas līmenim. Papildus stimulētajam starojumam mainās arī citu faktoru patērētais nesēja ātrums, kas negatīvi ietekmē pastiprinājuma piesātinājumu.

Tā kā pusvadītāju optisko pastiprinātāju vissvarīgākā funkcija ir lineāra pastiprināšana, galvenokārt pastiprināšanas sasniegšanai, tos var izmantot kā jaudas pastiprinātājus, līnijas pastiprinātājus un priekšpastiprinātājus sakaru sistēmās. Raidīšanas galā pusvadītāju optiskais pastiprinātājs tiek izmantots kā jaudas pastiprinātājs, lai palielinātu izejas jaudu sistēmas raidīšanas galā, kas var ievērojami palielināt releja attālumu sistēmas maģistrālē. Pārraides līnijā pusvadītāju optisko pastiprinātāju var izmantot kā lineāru releja pastiprinātāju, lai pārraides reģeneratīvā releja attālumu varētu ievērojami palielināt. Uztveršanas galā pusvadītāju optisko pastiprinātāju var izmantot kā priekšpastiprinātāju, kas var ievērojami uzlabot uztvērēja jutību. Pusvadītāju optisko pastiprinātāju pastiprinājuma piesātinājuma raksturlielumi izraisīs bita pastiprinājuma saistību ar iepriekšējo bitu secību. Raksta efektu starp maziem kanāliem var saukt arī par šķērspastiprinājuma modulācijas efektu. Šī metode izmanto šķērspastiprinājuma modulācijas efekta statistisko vidējo vērtību starp vairākiem kanāliem un procesā ievieš vidējas intensitātes nepārtrauktu vilni, lai saglabātu staru kūli, tādējādi saspiežot pastiprinātāja kopējo pastiprinājumu. Pēc tam šķērspastiprinājuma modulācijas efekts starp kanāliem tiek samazināts.

Pusvadītāju optiskajiem pastiprinātājiem ir vienkārša struktūra, viegla integrācija, tie var pastiprināt dažāda viļņa garuma optiskos signālus un tiek plaši izmantoti dažādu veidu lāzeru integrācijā. Pašlaik uz pusvadītāju optiskajiem pastiprinātājiem balstīta lāzeru integrācijas tehnoloģija turpina attīstīties, taču joprojām ir jāpieliek pūles šādos trīs aspektos. Pirmkārt, ir jāsamazina savienojuma zudumi ar optisko šķiedru. Pusvadītāju optiskā pastiprinātāja galvenā problēma ir lielie savienojuma zudumi ar šķiedru. Lai uzlabotu savienojuma efektivitāti, savienojuma sistēmai var pievienot lēcu, lai samazinātu atstarošanas zudumus, uzlabotu staru kūļa simetriju un panāktu augstu savienojuma efektivitāti. Otrkārt, ir jāsamazina pusvadītāju optisko pastiprinātāju polarizācijas jutība. Polarizācijas raksturlielums galvenokārt attiecas uz krītošās gaismas polarizācijas jutību. Ja pusvadītāju optiskais pastiprinātājs netiek īpaši apstrādāts, pastiprinājuma efektīvā joslas platums samazināsies. Kvantu aku struktūra var efektīvi uzlabot pusvadītāju optisko pastiprinātāju stabilitāti. Ir iespējams izpētīt vienkāršu un pārāku kvantu aku struktūru, lai samazinātu pusvadītāju optisko pastiprinātāju polarizācijas jutību. Treškārt, ir integrētā procesa optimizācija. Pašlaik pusvadītāju optisko pastiprinātāju un lāzeru integrācija ir pārāk sarežģīta un tehniski apgrūtinoša, kā rezultātā rodas lieli optiskā signāla pārraides zudumi un ierīču ievietošanas zudumi, kā arī izmaksas ir pārāk augstas. Tāpēc mums jācenšas optimizēt integrēto ierīču struktūru un uzlabot ierīču precizitāti.

Optisko sakaru tehnoloģijā optiskās pastiprināšanas tehnoloģija ir viena no atbalsta tehnoloģijām, un pusvadītāju optisko pastiprinātāju tehnoloģija strauji attīstās. Pašlaik pusvadītāju optisko pastiprinātāju veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies, īpaši jaunās paaudzes optisko tehnoloģiju, piemēram, viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas vai optiskās komutācijas režīmu, izstrādē. Attīstoties informācijas nozarei, tiks ieviestas optiskās pastiprināšanas tehnoloģijas, kas piemērotas dažādām joslām un dažādiem pielietojumiem, un jaunu tehnoloģiju izstrāde un pētniecība neizbēgami veicinās pusvadītāju optisko pastiprinātāju tehnoloģijas turpmāku attīstību un uzplaukumu.