ชุดอุปกรณ์ขยายสัญญาณแสง: บทนำเกี่ยวกับอุปกรณ์ขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายสัญญาณแสงชุด: บทนำเกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์(SOA) คือเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้ตัวกลางขยายสัญญาณแบบเซมิคอนดักเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วมันคล้ายกับหลอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ต่อกับใยแก้วนำแสง แต่เปลี่ยนกระจกสะท้อนที่ปลายด้วยฟิล์มป้องกันการสะท้อนแสง สามารถใช้ท่อนำคลื่นแบบเอียงเพื่อลดการสะท้อนแสงที่ปลายลงได้อีก โดยปกติแล้วแสงสัญญาณจะถูกส่งผ่านท่อนำคลื่นแบบโหมดเดี่ยวของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีขนาดด้านข้าง 1-2 ไมโครเมตร และความยาวประมาณ 0.5-2 มิลลิเมตร โหมดของท่อนำคลื่นจะทับซ้อนกับบริเวณที่ใช้งาน (ขยายสัญญาณ) อย่างมาก ซึ่งถูกกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า การฉีดกระแสไฟฟ้าจะสร้างความหนาแน่นของพาหะในแถบนำไฟฟ้า ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านทางแสงจากแถบนำไฟฟ้าไปยังแถบวาเลนซ์ การขยายสัญญาณสูงสุดเกิดขึ้นที่พลังงานโฟตอนสูงกว่าพลังงานช่องว่างแถบเล็กน้อย

หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์
เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ (โซอา) ขยายสัญญาณแสงตกกระทบผ่านการปล่อยแสงแบบกระตุ้น และกลไกการทำงานของมันก็เหมือนกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เครื่องขยายสัญญาณแสง SOAเป็นเพียงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีการป้อนกลับ และหัวใจหลักคือการเพิ่มกำลังแสงโดยการกลับทิศทางจำนวนอนุภาคเมื่อตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ถูกกระตุ้นด้วยแสงหรือไฟฟ้า
ประเภทของตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ SOA
ตามบทบาทของ SOA ในระบบของลูกค้า สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท ได้แก่ SOA แบบอนุกรม, SOA แบบบูสเตอร์, SOA แบบสวิตชิ่ง และ SOA แบบพรีแอมพลิฟายเออร์
1. การสอดใส่โดยตรง: อัตราขยายสูง, Psat ปานกลาง; NF ต่ำ และ PDG ต่ำ มักเกี่ยวข้องกับ SOA ที่ไม่ขึ้นกับโพลาไรเซชัน
2. ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ: ค่า Psat สูงขึ้น อัตราขยายต่ำลง โดยปกติจะขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน
3. สวิตช์: อัตราการดับที่สูงกว่าและเวลาในการเพิ่ม/ลดที่เร็วกว่า
4. พรีแอมป์: เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณในระยะทางไกล ค่า NF ต่ำ และอัตราขยายสูง
ข้อดีของ SOA (ตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์)
อัตราขยายทางแสงที่ได้จาก SOA ภายในแบนด์วิดท์นั้นค่อนข้างเป็นอิสระจากความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่ตกกระทบ
ฉีดกระแสไฟฟ้าเข้าไปเพื่อใช้เป็นสัญญาณปั๊มที่ขยายแล้ว แทนที่จะใช้การปั๊มด้วยแสง
เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัด SOA จึงสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์โฟตอนิกแบบท่อนำคลื่นหลายตัวบนพื้นผิวระนาบเดียวได้
4. พวกมันใช้เทคโนโลยีเดียวกันกับเลเซอร์ไดโอด
SOA สามารถทำงานในย่านความถี่การสื่อสารที่ 1300 นาโนเมตรและ 1550 นาโนเมตร โดยมีแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า (สูงสุด 100 นาโนเมตร)
6. สามารถกำหนดค่าและบูรณาการเพื่อทำหน้าที่เป็นพรีแอมพลิฟายเออร์ที่ฝั่งตัวรับสัญญาณแสงได้
SOA สามารถใช้เป็นเกตตรรกะอย่างง่ายในเครือข่ายใยแก้วนำแสง WDM ได้

ข้อจำกัดของ SOA (ตัวขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์)
SOA สามารถให้กำลังแสงเอาต์พุตได้สูงสุดถึงหลายสิบมิลลิวัตต์ (mW) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเพียงพอสำหรับการทำงานแบบช่องสัญญาณเดียวในลิงก์การสื่อสารใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตาม ระบบ WDM อาจต้องการกำลังแสงสูงถึงหลายมิลลิวัตต์ต่อช่องสัญญาณ
2. เนื่องจากการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงขาเข้าและขาออกจากชิปรวม SOA มักทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณ ดังนั้น SOA จึงต้องมีการขยายสัญญาณแสงเพิ่มเติมเพื่อลดผลกระทบของการสูญเสียนี้ต่อด้านการรับเข้า/ส่งออกของบริเวณแอคทีฟให้เหลือน้อยที่สุด
SOA มีความไวสูงต่อการโพลาไรเซชันของสัญญาณแสงขาเข้า
4. พวกมันสร้างระดับเสียงรบกวนที่สูงกว่าในสื่อแอคทีฟเมื่อเทียบกับเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสง
หากมีการขยายสัญญาณในช่องสัญญาณแสงหลายช่องตามความจำเป็นในแอปพลิเคชัน WDM นั้น SOA จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนข้ามช่องสัญญาณอย่างรุนแรง