เครื่องขยายเสียงออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ทำการขยายได้อย่างไร

ทำอย่างไรเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์บรรลุการขยายผล?

หลังจากการมาถึงของยุคการสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสงความจุขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงก็ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลขยายสัญญาณออปติกอินพุตโดยอาศัยการแผ่รังสีกระตุ้นหรือการกระเจิงกระตุ้น ตามหลักการทำงาน เครื่องขยายสัญญาณออปติกสามารถแบ่งได้เป็นเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ (เอสโอเอ) และเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสง. ในจำนวนนี้ก็มีเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยแสงโดยอาศัยข้อดีของแบนด์เกนกว้าง การผสานรวมที่ดี และช่วงความยาวคลื่นกว้าง ประกอบด้วยบริเวณแอ็คทีฟและพาสซีฟ และบริเวณแอ็คทีฟคือบริเวณเกน เมื่อสัญญาณแสงผ่านบริเวณแอ็คทีฟ จะทำให้อิเล็กตรอนสูญเสียพลังงานและกลับสู่สถานะพื้นในรูปของโฟตอน ซึ่งมีความยาวคลื่นเท่ากับสัญญาณแสง จึงทำให้สัญญาณแสงขยายขึ้น เครื่องขยายแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์จะแปลงตัวพาเซมิคอนดักเตอร์ให้เป็นอนุภาคที่ย้อนกลับด้วยกระแสขับเคลื่อน ขยายแอมพลิจูดของแสงเมล็ดที่ฉีดเข้าไป และรักษาลักษณะทางกายภาพพื้นฐานของแสงเมล็ดที่ฉีดเข้าไป เช่น โพลาไรเซชัน ความกว้างของเส้น และความถี่ เมื่อกระแสทำงานเพิ่มขึ้น กำลังแสงเอาต์พุตก็จะเพิ่มขึ้นในความสัมพันธ์การทำงานบางอย่างด้วย

แต่การเติบโตนี้ไม่ได้ไร้ขีดจำกัด เนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์มีปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของเกน ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อกำลังแสงอินพุตคงที่ เกนจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของพาหะที่ฉีด แต่เมื่อความเข้มข้นของพาหะที่ฉีดมากเกินไป เกนจะอิ่มตัวหรือลดลง เมื่อความเข้มข้นของพาหะที่ฉีดคงที่ กำลังส่งออกจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของกำลังอินพุต แต่เมื่อกำลังแสงอินพุตมากเกินไป อัตราการบริโภคพาหะที่เกิดจากรังสีที่ถูกกระตุ้นจะมากเกินไป ส่งผลให้ความอิ่มตัวของเกนหรือการลดลงของเกน เหตุผลของปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของเกนคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและโฟตอนในวัสดุของภูมิภาคที่ใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นโฟตอนที่สร้างขึ้นในตัวกลางเกนหรือโฟตอนภายนอก อัตราที่รังสีที่ถูกกระตุ้นกินพาหะจะสัมพันธ์กับอัตราที่พาหะเติมเต็มถึงระดับพลังงานที่สอดคล้องกันในเวลา นอกเหนือจากรังสีที่ถูกกระตุ้นแล้ว อัตราพาหะที่ใช้โดยปัจจัยอื่นก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน ซึ่งส่งผลเสียต่อความอิ่มตัวของเกน

เนื่องจากฟังก์ชันที่สำคัญที่สุดของเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์คือการขยายเชิงเส้น โดยส่วนใหญ่แล้วเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์สามารถใช้เป็นเครื่องขยายกำลัง เครื่องขยายสัญญาณแบบเส้นตรง และปรีแอมป์ในระบบสื่อสารได้ ในส่วนการส่งสัญญาณ เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ใช้เป็นเครื่องขยายกำลังเพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุตในส่วนการส่งสัญญาณของระบบ ซึ่งสามารถเพิ่มระยะทางการถ่ายทอดของทรั้งค์ระบบได้อย่างมาก ในสายส่งสัญญาณ เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์สามารถใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณรีเลย์เชิงเส้นได้ ดังนั้นระยะทางการถ่ายทอดแบบสร้างใหม่จึงสามารถขยายออกไปได้อีกแบบก้าวกระโดด ในส่วนการรับสัญญาณ เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์สามารถใช้เป็นปรีแอมป์ ซึ่งสามารถปรับปรุงความไวของตัวรับได้อย่างมาก ลักษณะความอิ่มตัวของเกนของเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์จะทำให้เกนต่อบิตสัมพันธ์กับลำดับบิตก่อนหน้า เอฟเฟกต์รูปแบบระหว่างช่องสัญญาณขนาดเล็กยังเรียกอีกอย่างว่าเอฟเฟกต์การมอดูเลตเกนไขว้ เทคนิคนี้ใช้ค่าเฉลี่ยทางสถิติของเอฟเฟกต์การมอดูเลตแบบครอสเกนระหว่างช่องสัญญาณหลายช่อง และแนะนำคลื่นต่อเนื่องที่มีความเข้มข้นปานกลางในกระบวนการเพื่อรักษาลำแสง จึงบีบอัดเกนรวมของเครื่องขยายเสียง จากนั้นเอฟเฟกต์การมอดูเลตแบบครอสเกนระหว่างช่องสัญญาณจะลดลง

แอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์มีโครงสร้างที่เรียบง่าย การผสานรวมที่ง่ายดาย และสามารถขยายสัญญาณออปติกที่มีความยาวคลื่นต่างกันได้ และถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการผสานรวมเลเซอร์ประเภทต่างๆ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการผสานรวมเลเซอร์ที่ใช้แอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ยังคงต้องมีการพยายามในสามประเด็นต่อไปนี้ ประการหนึ่งคือการลดการสูญเสียการจับคู่กับใยแก้วนำแสง ปัญหาหลักของแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์คือการสูญเสียการจับคู่กับใยแก้วนำแสงมีมาก เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการจับคู่ สามารถเพิ่มเลนส์ลงในระบบการจับคู่เพื่อลดการสูญเสียการสะท้อน ปรับปรุงความสมมาตรของลำแสง และบรรลุการจับคู่ที่มีประสิทธิภาพสูง ประการที่สองคือการลดความไวต่อโพลาไรเซชันของแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์ ลักษณะเฉพาะของโพลาไรเซชันส่วนใหญ่หมายถึงความไวต่อโพลาไรเซชันของแสงตกกระทบ หากแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์ไม่ได้รับการประมวลผลเป็นพิเศษ แบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพของเกนจะลดลง โครงสร้างควอนตัมเวลล์สามารถปรับปรุงเสถียรภาพของแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถศึกษาโครงสร้างควอนตัมเวลล์ที่เรียบง่ายและเหนือกว่าเพื่อลดความไวต่อโพลาไรเซชันของแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์ได้ ประการที่สามคือการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการบูรณาการ ในปัจจุบัน การบูรณาการแอมพลิฟายเออร์ออปติกเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์มีความซับซ้อนและยุ่งยากเกินไปในการประมวลผลทางเทคนิค ส่งผลให้สูญเสียการส่งสัญญาณออปติกและการสูญเสียการแทรกอุปกรณ์จำนวนมาก และต้นทุนก็สูงเกินไป ดังนั้น เราควรพยายามเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างของอุปกรณ์บูรณาการและปรับปรุงความแม่นยำของอุปกรณ์

ในเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสง เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงเป็นเทคโนโลยีสนับสนุนอย่างหนึ่ง และเทคโนโลยีเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบัน ประสิทธิภาพของเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาเทคโนโลยีแสงรุ่นใหม่ เช่น การแบ่งความยาวคลื่นแบบมัลติเพล็กซ์หรือโหมดการสลับแสง ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมข้อมูล เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแสงที่เหมาะสำหรับแบนด์ต่างๆ และการใช้งานที่แตกต่างกันจะถูกนำเสนอ และการพัฒนาและวิจัยเทคโนโลยีใหม่ๆ จะทำให้เทคโนโลยีเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์พัฒนาและเจริญรุ่งเรืองต่อไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้