半导体光放大器

半导体光放大器 姓名 班级 学号 光放大器的重要性 动机 解决电中继器设备复杂 维护难 成本高的问题光放大器出现之前 光纤通信的中继器采用光 电 光 O E O 变换方式 装置复杂 耗能多 不能同时放大多个波长信道历史 以1989年诞生的掺铒光纤放大器 ErbiumDopedFiberAmplifier EDFA 代表的全光放大技术是光纤通信技术上的一次革命影响 光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 WDM 走向实用化 促进了光接入网的实用化 半导体光放大器 SOA 光放大器的功能 提供光信号增益 以补偿光信号在通路中的传输衰减 增大系统的无中继传输距离 在泵浦能量 电或光 的作用下 实现粒子数反转 非线性光纤放大器除外 然后通过受激辐射实现对入射光的放大 光放大器是基于受激辐射原理实现入射光信号放大的一种器件 其机制与激光器完全相同 不同之处在于 半导体激光器放大的是内部电子空穴复合产生的光子 而光放大器放大的是外部输入的光子或光信号 实际上 光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器 分类 法布里 珀罗放大器 FP SOA 行波放大器 TW SOA 根据光放大器端面反射率和工作偏置条件 将半导体光放大器分为 其腔面反射率为 其腔面反射率小于 法布里 珀罗放大器 FP SOA 1 F PSOA的结构和原理 半导体激光器由于在解理面存在反射 当偏流低于阈值时是放大器 减小腔体界面反射 也可使激光器变为放大器 这种放大器称F P放大器 它实际上就是工作在阈值电流以下的激光器 增益谱宽很窄 F PSOA F P谐振腔反射率R越大 SOA增益越大 但是当R超过一定值后 光放大器变为激光器 不同反射率F PSOA 增益频谱 行波放大器 TW SOA 2 行波放大器 行波光放大器是一个没有反馈的激光器 其核心是当放大器被光或电泵浦时 使粒子数反转获得光增益 它的腔面反射率很小 尽量使入射光信号只在其内获得单程放大 注入电流 输入 光信号 输出光信号 有源区 L z 0 z L z 行波放大 行波放大器的特征 极低的腔面反射率 以获得小的增益抖动性 0 5dB 低的光损耗以获得大的净增益 约30dB 高的材料增益以获得极低的操作电流 20 30dB增益 其操作电流为100mA 极低的偏振相关损耗 0 5dB 高的饱和输出功率 低的耦合损耗 3dB facet 低的噪声指数以获得输出信号高的信噪比 减小反射率的方法1 角度解理面或有源区倾斜结构 在解理面处的反射光束 因角度解理面的缘故已与前向光束分开 在大多数情况下 使用抗反射膜和有源区倾斜 可以使反射率小于 0 1 解理面 单晶半导体在高真空中能够沿着某些确定的方位的晶面劈裂 这样的晶面称为解理面 有源区端面和解理面之间插入透明窗口区 光束在到达半导体和空气界面前 在该窗口区已发散 经界面反射的光束进一步发散 只有极小部分光耦合进薄的有源层 减小反射率的方法2 透明区 有源区 光输入 光输出 增透膜 优点 增益响应相当快速 适用于交换及信号处理等光网络应用中 同时具有光放大及信号处理的能力 如开关功能等 应用在全光波长变换 光交换中 结构较为简单 功耗低 寿命长 成本低 尺寸小 易制作成集成电路与集成光电路结合使用 缺点 对光信号增益的饱和性 在注入电流恒定时 输入信号光功率较小时 随着输入光功率的增加 输出光功率相应增加 增益为常数 但当输入光功率较高时 增益就会出现饱和甚至发生下降 这是因为大的输入光信号使过量的载流子参加受激辐射复合而得不到及时补充 对光信号偏振态的敏感性半导体光放大器的偏振特性主要是指放大器对输入信号光的偏振态敏感 对不同的偏振态的增益不相同 没有经过特殊设计的半导体光放大器对TE模 TM模的增益可相差5dB 8dB 而且会使增益的有效带宽减小 这当然是光纤通信中不希望见到的 LOREMIPSUMDOLORSITAMET CONSECTETURAD