ซีรีย์เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล: บทนำสู่เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลซีรีส์: บทนำสู่เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายเสียงออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์(SOA) คือเครื่องขยายสัญญาณออปติกที่ใช้สื่อขยายสัญญาณแบบเซมิคอนดักเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วมีลักษณะคล้ายหลอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต่อด้วยไฟเบอร์ โดยที่กระจกปลายด้านหนึ่งถูกแทนที่ด้วยฟิล์มป้องกันแสงสะท้อน ท่อนำคลื่นแบบเอียงสามารถใช้เพื่อลดการสะท้อนแสงปลายด้านอื่นได้ แสงสัญญาณมักถูกส่งผ่านท่อนำคลื่นแบบโหมดเดียวของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีมิติด้านข้าง 1-2 ไมโครเมตร และมีความยาวประมาณ 0.5-2 มิลลิเมตร โหมดของท่อนำคลื่นจะทับซ้อนกับบริเวณที่ใช้งาน (การขยายสัญญาณ) อย่างมาก ซึ่งถูกสูบโดยกระแสไฟฟ้า การฉีดกระแสไฟฟ้าจะสร้างความหนาแน่นของพาหะบางอย่างในแถบการนำไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้เกิดการเปลี่ยนผ่านทางแสงจากแถบการนำไฟฟ้าไปยังแถบวาเลนซ์ อัตราขยายสูงสุดเกิดขึ้นที่พลังงานโฟตอนเหนือพลังงานของแบนด์แก็ปเล็กน้อย

หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์
แอมพลิฟายเออร์ออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์(เอสโอเอ) ขยายสัญญาณแสงตกกระทบผ่านการปล่อยกระตุ้น และมีกลไกแบบเดียวกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOAเป็นเพียงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีการป้อนกลับ และมีแกนหลักคือการรับค่าเกนแสงโดยการย้อนทิศจำนวนอนุภาคเมื่อเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการสูบด้วยแสงหรือไฟฟ้า
ประเภทของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA Semiconductor
ตามบทบาทที่ SOA มีในระบบของลูกค้า สามารถแบ่งได้เป็นสี่ประเภท คือ ซีเรียล บูสเตอร์ สวิตชิ่ง SOA และพรีแอมป์
1. การแทรกโดยตรง: เกนที่สูงขึ้น, Psat ปานกลาง, NF ที่ต่ำกว่าและ PDG ที่ต่ำกว่า มักเกี่ยวข้องกับ SOA ที่ไม่ขึ้นกับโพลาไรเซชัน
2. ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ: Psat สูงขึ้น, เกนต่ำลง ซึ่งโดยปกติจะขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน
3. สวิตช์: อัตราการสูญพันธุ์ที่สูงขึ้นและเวลาที่เพิ่มขึ้น/ลดลงที่เร็วขึ้น
4. พรีแอมป์: เหมาะสำหรับระยะการส่งสัญญาณที่ไกลขึ้น NF ต่ำลง และค่าเกนที่สูงขึ้น
ข้อดีของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA Semiconductor
ค่าเกนแสงที่ SOA จัดให้ภายในแบนด์วิดท์นั้นค่อนข้างไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่ตกกระทบ
ฉีดกระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณปั๊มที่ขยาย แทนการปั๊มแบบออปติคัล
เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัด SOA จึงสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์โฟโตนิกส์ท่อนำคลื่นหลายตัวบนพื้นผิวระนาบเดียวได้
4. ใช้เทคโนโลยีเดียวกันกับเลเซอร์ไดโอด
SOA สามารถทำงานในแบนด์สเปกตรัมการสื่อสาร 1,300 นาโนเมตรและ 1,550 นาโนเมตร โดยมีแบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้น (สูงสุด 100 นาโนเมตร)
6. สามารถกำหนดค่าและรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ทำหน้าที่เป็นพรีแอมป์ที่ปลายตัวรับสัญญาณออปติคัลได้
SOA สามารถใช้เป็นเกตตรรกะง่ายๆ ในเครือข่ายออปติคัล WDM ได้

ข้อจำกัดของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA Semiconductor
SOA สามารถให้พลังงานแสงเอาต์พุตได้สูงถึงสิบมิลลิวัตต์ (mW) ซึ่งโดยทั่วไปเพียงพอสำหรับการทำงานช่องสัญญาณเดียวในลิงก์การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก อย่างไรก็ตาม ระบบ WDM อาจต้องใช้พลังงานมากถึงหลายมิลลิวัตต์ต่อช่องสัญญาณ
2. เนื่องจากการเชื่อมต่อสายใยแก้วนำแสงอินพุตเข้าและออกจากชิปแบบบูรณาการ SOA มักทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณ SOA จึงต้องจัดหาค่าเกนแสงเพิ่มเติมเพื่อลดผลกระทบของการสูญเสียนี้ต่ออินพุต/เอาต์พุตของภูมิภาคแอคทีฟให้น้อยที่สุด
SOA มีความไวสูงต่อโพลาไรเซชันของสัญญาณออปติคัลอินพุต
4. พวกมันสร้างระดับสัญญาณรบกวนที่สูงกว่าในสื่อแอ็กทีฟมากกว่าเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์
หากขยายช่องสัญญาณออปติคัลหลายช่องตามความจำเป็นในแอปพลิเคชัน WDM SOA จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนรุนแรง