半导体光放大器

影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技
术 (WDM) 走向实用化、促进了光接入网的实用化
光放大器的出现，可视为光 纤通信发展史上的重要里程 碑。
光放大器的原理
• 光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光 信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中继 传输距离。 • 在泵浦能量来自百度文库电或光）的作用下，实现粒子数 反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受 激辐射实现对入射光的放大。 • 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现 入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器 完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个 没有反馈或反馈较小的激光器。
• 易造成串音
• 易受环境温度影响，稳定性较差
半导体光放大器 (SOA)
n
p
外加正向偏压实现结区粒子数反转
外部光照导致受激辐射，信号光被放大
内部的自发辐射产生自发辐射噪声(ASE)，它也会被放大 没有谐振腔的选择，SOA将同时输出 放大的光信号和自发辐射噪声
行波半导体光放大器
• TW－SOA与FP－SOA的区别在于端面的反射率大小， TW－SOA具有极低的端面反射率，通常在0.1%以下。 • 降低端面反射方法：倾斜有源区法、窗面结构。 • TW－SOA的增益、增益带宽和噪声特性都可以满足 光纤通信的要求，但如下两个缺点限制着它在光 纤通信中的实际应用： –对光信号偏振态的敏感性； –对光信号增益的饱和性。
SOA简介
随半导体激光器特性的改善，发展了FP半导体 光放大器，之后开始对行波式半导体光放大器的研 究。 半导体光放大器由三五族的半导体合金所制成， 如砷化镓等 放大波段 1300~1600 nm ，涵盖1300 nm 窗口 频带宽大于 40 nm 增益高于 30 dB
SOA特点
• 尺寸小，易制作成集成电路与集成光电路结合使用。
• 结构较为简单、功耗低、寿命长、成本低。
• 增益响应相当快速，适用于交换及信号处理等光网
络应用中。
• 同时具有光放大及信号处理的能力，如开关功能等。 应用在全光波长变换、光交换中。
SOA特点
• 与光纤的耦合损耗太大 • 易受偏振态影响(0.5~2 dB) • 噪声指数高(~8 dB)
SOA的应用
SOA的应用
SOA的应用
• 其他应用： – 光波长转换（XGM, XPM, FWM） – 光开关：直接调制SOA的注入电流实现光的通断。 特点：高速、无损 – 光信号处理器件。
半导体激光放大器 (SOA)
未来发展方向
当输入信号过大时，将使SOA 增益饱和，造成放大信号 的非线性失真，在光网络中，经多级串接放大后，会造 成严重的信号失真。 提高饱和功率的方法 • • • • 增益钳制(gain-clamp)光放大器 外加光(holding light)结构 量子井(MQW)结构 锥形波导结构
半导体光放大器
光放大器的重要性
动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题
光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用 光－电－光(O-E-O)变换方式。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长 信道
历史：以1989年诞生的掺铒光纤放大器
(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) 代表的全光放大技术是光纤通 信技 术上的一次革命
半导体光放大器SOA
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
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R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。 •根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA) ----行波放大器(TW－SOA)
前两者缺点为降低未饱和增益