เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ทำการขยายสัญญาณได้อย่างไร?

ทำอย่างไรเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์บรรลุการขยายผล?

หลังจากการมาถึงของยุคการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงความจุขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงก็พัฒนาอย่างรวดเร็วเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลขยายสัญญาณออปติคัลอินพุตโดยอาศัยการแผ่รังสีกระตุ้นหรือการกระเจิงกระตุ้น ตามหลักการทำงาน เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลสามารถแบ่งออกเป็นเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลแบบเซมิคอนดักเตอร์ (เอสโอเอ) และเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสง. ในหมู่พวกเขาเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยแสงด้วยข้อดีของย่านความถี่กว้าง การผสานรวมที่ดี และช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง แถบความถี่เหล่านี้ประกอบด้วยบริเวณแอคทีฟและพาสซีฟ โดยบริเวณแอคทีฟคือบริเวณเกน เมื่อสัญญาณแสงผ่านบริเวณแอคทีฟ อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานและกลับสู่สถานะพื้นในรูปของโฟตอน ซึ่งมีความยาวคลื่นเท่ากับสัญญาณแสง จึงขยายสัญญาณแสง เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์จะแปลงพาหะเซมิคอนดักเตอร์ให้เป็นอนุภาคย้อนกลับโดยกระแสขับ ขยายแอมพลิจูดของแสงเซดที่ฉีดเข้าไป และรักษาคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของแสงเซดที่ฉีดเข้าไป เช่น โพลาไรเซชัน ความกว้างของเส้น และความถี่ เมื่อกระแสทำงานเพิ่มขึ้น กำลังแสงเอาต์พุตก็จะเพิ่มขึ้นตามความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันบางประการ

แต่การเติบโตนี้ไม่ได้ไร้ขีดจำกัด เพราะแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์มีปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของเกน ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อกำลังแสงอินพุตคงที่ เกนจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของตัวพาที่ฉีดเข้าไป แต่เมื่อความเข้มข้นของตัวพาที่ฉีดเข้าไปสูงเกินไป เกนจะอิ่มตัวหรือลดลง เมื่อความเข้มข้นของตัวพาที่ฉีดเข้าไปคงที่ กำลังไฟฟ้าเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นตามกำลังไฟฟ้าอินพุตที่เพิ่มขึ้น แต่เมื่อกำลังแสงอินพุตสูงเกินไป อัตราการใช้ตัวพาที่เกิดจากรังสีกระตุ้นจะสูงเกินไป ส่งผลให้เกิดความอิ่มตัวของเกนหรือการลดลงของเกน สาเหตุของปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของเกนคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและโฟตอนในวัสดุบริเวณแอคทีฟ ไม่ว่าจะเป็นโฟตอนที่สร้างขึ้นในตัวกลางเกนหรือโฟตอนภายนอก อัตราที่รังสีที่ถูกกระตุ้นกินตัวพาจะสัมพันธ์กับอัตราที่ตัวพาเติมพลังงานให้ถึงระดับพลังงานที่สอดคล้องกันในเวลาที่เหมาะสม นอกจากรังสีที่ถูกกระตุ้นแล้ว อัตราการใช้ตัวพาที่ถูกปัจจัยอื่นๆ ใช้ก็เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลเสียต่อความอิ่มตัวของเกน

เนื่องจากหน้าที่ที่สำคัญที่สุดของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์คือการขยายสัญญาณเชิงเส้น จึงสามารถนำไปใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์กำลังขยาย แอมพลิฟายเออร์ไลน์ และพรีแอมป์ในระบบสื่อสารได้ แอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์จะถูกใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์กำลังขยายที่ปลายทางส่งสัญญาณของระบบ ซึ่งสามารถเพิ่มระยะการถ่ายทอดสัญญาณของทรังค์ระบบได้อย่างมาก แอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์สามารถใช้เป็นแอมพลิฟายเออร์รีเลย์เชิงเส้น ซึ่งทำให้ระยะการถ่ายทอดสัญญาณแบบรีเจนเนอเรทีฟสามารถขยายได้อย่างมาก ส่วนแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์สามารถใช้เป็นพรีแอมป์ ซึ่งช่วยเพิ่มความไวของตัวรับสัญญาณได้อย่างมาก คุณสมบัติความอิ่มตัวของเกนของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์จะทำให้ค่าเกนต่อบิตสัมพันธ์กับลำดับบิตก่อนหน้า เอฟเฟกต์รูปแบบระหว่างช่องสัญญาณขนาดเล็กอาจเรียกว่าเอฟเฟกต์การมอดูเลตแบบครอสเกน เทคนิคนี้ใช้ค่าเฉลี่ยทางสถิติของเอฟเฟกต์การมอดูเลตแบบครอสเกนระหว่างหลายช่องสัญญาณ และนำคลื่นต่อเนื่องความเข้มปานกลางมาใช้ในกระบวนการเพื่อรักษาลำแสง จึงบีบอัดค่าเกนรวมของเครื่องขยายเสียง จากนั้นเอฟเฟกต์การมอดูเลตแบบครอสเกนระหว่างช่องสัญญาณจะลดลง

แอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ผสานรวมได้ง่าย และสามารถขยายสัญญาณออปติคัลที่มีความยาวคลื่นต่างกันได้ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผสานรวมเลเซอร์หลายประเภท ปัจจุบัน เทคโนโลยีการผสานรวมเลเซอร์ที่ใช้แอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ยังคงต้องมีการพัฒนาในสามด้านต่อไปนี้ ประการแรกคือการลดการสูญเสียการควบคู่กับใยแก้วนำแสง ปัญหาหลักของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์คือการสูญเสียการควบคู่กับใยแก้วนำแสงมีมาก เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการควบรวม สามารถเพิ่มเลนส์เข้าไปในระบบควบรวมเพื่อลดการสูญเสียการสะท้อน ปรับปรุงความสมมาตรของลำแสง และให้การควบรวมมีประสิทธิภาพสูง ประการที่สองคือการลดความไวต่อโพลาไรเซชันของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ ลักษณะเด่นของโพลาไรเซชันส่วนใหญ่หมายถึงความไวต่อโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบ หากแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ไม่ได้รับการประมวลผลเป็นพิเศษ แบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพของเกนจะลดลง โครงสร้างควอนตัมเวลล์สามารถปรับปรุงเสถียรภาพของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นไปได้ที่จะศึกษาโครงสร้างควอนตัมเวลล์ที่เรียบง่ายและเหนือกว่าเพื่อลดความไวต่อโพลาไรเซชันของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ ประการที่สามคือการปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการบูรณาการ ปัจจุบัน การบูรณาการแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์มีความซับซ้อนและยุ่งยากในการประมวลผลทางเทคนิค ส่งผลให้เกิดการสูญเสียสัญญาณออปติคัลและการสูญเสียการแทรกของอุปกรณ์จำนวนมาก และต้นทุนก็สูงเกินไป ดังนั้น เราจึงควรพยายามปรับปรุงโครงสร้างของอุปกรณ์บูรณาการให้เหมาะสมที่สุด และปรับปรุงความแม่นยำของอุปกรณ์

ในเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสง เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสนับสนุน และเทคโนโลยีขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ปัจจุบัน ประสิทธิภาพของการขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาเทคโนโลยีแสงยุคใหม่ เช่น การแบ่งความยาวคลื่นแบบมัลติเพล็กซ์ หรือโหมดการสลับสัญญาณแสง ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมสารสนเทศ เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงที่เหมาะสมกับย่านความถี่และการใช้งานที่แตกต่างกันจะถูกนำเสนอ และการพัฒนาและวิจัยเทคโนโลยีใหม่ๆ จะทำให้เทคโนโลยีขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์พัฒนาและเจริญรุ่งเรืองอย่างต่อเนื่อง