半导体光放大器.ppt

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 ErbiumDopedFiberAmplifier EDFA 代表的全光放大技术是光纤通信技术上的一次革命 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 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 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 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 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 1600nm 涵盖1300nm窗口频带宽大于40nm增益高于30dB 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 2dB 噪声指数高 8dB 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 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