ซีรีส์เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล: บทนำสู่เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลซีรีส์: บทนำสู่เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์

เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์(SOA) คือเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลที่ใช้สื่อขยายสัญญาณแบบเซมิคอนดักเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วมีลักษณะคล้ายหลอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่เชื่อมต่อด้วยไฟเบอร์ โดยเปลี่ยนกระจกปลายด้านหนึ่งเป็นฟิล์มป้องกันแสงสะท้อน ท่อนำคลื่นแบบเอียงสามารถนำมาใช้เพื่อลดการสะท้อนแสงปลายด้านหนึ่งได้ แสงสัญญาณมักจะถูกส่งผ่านท่อนำคลื่นแบบโหมดเดียวของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีขนาดด้านข้าง 1-2 ไมโครเมตร และมีความยาวประมาณ 0.5-2 มิลลิเมตร โหมดของท่อนำคลื่นจะซ้อนทับกับบริเวณแอคทีฟ (การขยายสัญญาณ) ซึ่งถูกสูบโดยกระแส การฉีดกระแสจะสร้างความหนาแน่นของพาหะในแถบการนำแสง ทำให้เกิดการเปลี่ยนผ่านทางแสงจากแถบการนำแสงไปยังแถบวาเลนซ์ อัตราขยายสูงสุดเกิดขึ้นที่พลังงานโฟตอนสูงกว่าพลังงานของแบนด์แก๊ปเล็กน้อย

หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์
เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์(เอสโอเอ) ขยายสัญญาณแสงตกกระทบผ่านการปล่อยแสงกระตุ้น และมีกลไกเช่นเดียวกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOAเป็นเพียงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีข้อเสนอแนะ และแกนหลักคือการรับค่าเกนแสงโดยการย้อนจำนวนอนุภาคเมื่อเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ถูกสูบด้วยแสงหรือไฟฟ้า
ประเภทของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล SOA Semiconductor
ตามบทบาทที่ SOA มีในระบบของลูกค้า สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท ได้แก่ SOA แบบอนุกรม, SOA แบบบูสเตอร์, SOA แบบสวิตชิ่ง และ SOA แบบพรีแอมป์
1. การแทรกโดยตรง: เกนที่สูงขึ้น, Psat ปานกลาง; NF ต่ำลงและ PDG ต่ำลง มักเกี่ยวข้องกับ SOA ที่ไม่ขึ้นกับโพลาไรเซชัน·
2. Enhancer: Psat สูงขึ้น, เกนต่ำลง, โดยปกติจะขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน
3. สวิตช์: อัตราการสูญพันธุ์ที่สูงขึ้นและเวลาที่เพิ่มขึ้น/ลดลงที่เร็วขึ้น
4. พรีแอมป์: เหมาะสำหรับระยะการส่งสัญญาณที่ไกลขึ้น NF ต่ำลง และเกนที่สูงขึ้น
ข้อดีของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA Semiconductor
ค่าเกนแสงที่ SOA จัดให้ภายในแบนด์วิดท์นั้นค่อนข้างไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของสัญญาณแสงที่ตกกระทบ
ฉีดกระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณปั๊มที่ขยาย แทนการปั๊มแบบออปติคัล
เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัด SOA จึงสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์โฟโตนิกส์ของท่อนำคลื่นหลายตัวบนพื้นผิวระนาบเดียวได้
4. ใช้เทคโนโลยีเดียวกันกับเลเซอร์ไดโอด
SOA สามารถทำงานในแบนด์สเปกตรัมการสื่อสาร 1,300 นาโนเมตรและ 1,550 นาโนเมตร โดยมีแบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้น (สูงสุด 100 นาโนเมตร)
6. สามารถกำหนดค่าและรวมเข้าด้วยกันเพื่อใช้เป็นพรีแอมป์ที่ปลายตัวรับสัญญาณออปติคัลได้
SOA สามารถใช้เป็นเกตตรรกะแบบง่ายในเครือข่ายออปติคัล WDM ได้

ข้อจำกัดของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA Semiconductor
SOA สามารถให้กำลังแสงเอาต์พุตได้สูงสุดหลายสิบมิลลิวัตต์ (mW) ซึ่งโดยทั่วไปเพียงพอสำหรับการทำงานแบบช่องสัญญาณเดียวในลิงก์การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตาม ระบบ WDM อาจต้องการกำลังแสงมากถึงหลายมิลลิวัตต์ต่อช่องสัญญาณ
2. เนื่องจากการเชื่อมต่อสายใยแก้วนำแสงอินพุตเข้าและออกจากชิป SOA ที่ผสานเข้าด้วยกันมักทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณ SOA จึงต้องให้ค่าเกนแสงเพิ่มเติมเพื่อลดผลกระทบของการสูญเสียนี้ต่อคุณลักษณะอินพุต/เอาต์พุตของภูมิภาคแอคทีฟให้เหลือน้อยที่สุด
SOA มีความไวสูงต่อโพลาไรเซชันของสัญญาณออปติกอินพุต
4. พวกมันสร้างระดับสัญญาณรบกวนที่สูงกว่าในสื่อแอ็กทีฟมากกว่าเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์
หากขยายช่องสัญญาณออปติคัลหลายช่องตามความจำเป็นในแอปพลิเคชัน WDM SOA จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนรุนแรง