半导体光放大器

1、半导体光放大器姓名：班级：学号:光放大器的重要性!动机动机：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题：解决电中继器设备复杂、维护难、成本高的问题 !历史历史：以以19891989年诞生的掺铒光纤放大器年诞生的掺铒光纤放大器( (Erbium Doped Fiber Amplifier, Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)EDFA)代表的全光放大技术是光纤通信技术上的一次革命代表的全光放大技术是光纤通信技术上的一次革命!影响影响：光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术光放大器最重要的意义在于促使波分复用技术 ( (WDM)WDM)走向实用化、促走向实用化、

2、促进了光接入网的实用化进了光接入网的实用化 半导体光放大器 SOA 光放大器的功能光放大器的功能：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。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。通过受激辐射实现对入射光的放大。 光放大器是基于光放大器是基于受激辐射受激辐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原理实现入射光信号放大的一种器件。其机制与

3、激光器完全相同。不同之处在于，半导体激光器放大的是相同。不同之处在于，半导体激光器放大的是内部电子空穴复合内部电子空穴复合产生的光子，而光放产生的光子，而光放大器放大的是大器放大的是外部输入外部输入的光子或光信号。的光子或光信号。 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。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。12分类其腔面反射率为其腔面反射率小于2 -104-101F-P SOA的结构和原理的结构和原理半导体激光器由于在解理面存在反射，当偏流低于阈值时是放大器。半导体激光器由于在解理面存在反射，当偏流低于阈值时是放大器。减小腔体界面反射，也可使激光器变为放

4、大器。减小腔体界面反射，也可使激光器变为放大器。这种放大器称这种放大器称 F-P 放大器。它实际上就是工作在阈值电流以下的激光放大器。它实际上就是工作在阈值电流以下的激光器，增益谱宽很窄。器，增益谱宽很窄。注入电流注入电流输入输入光信号光信号输出光信号输出光信号有源区有源区Lz = z = Lz z反射面反射面R反射面反射面R0F-P SOAnF-P谐振腔反射率谐振腔反射率 R 越大，越大，SOA增益越大。增益越大。n但是当但是当 R 超过一定值后超过一定值后,光放大器变为激光器。光放大器变为激光器。不同反射率不同反射率F-P SOA频率频率增益增益gw wGFPAR=0.03R=0.32R=

5、0w w0GFPAmaxGFPAmin0+2w w0-2w w0行波放大器行波放大器( )( () )( ( ) )( ( ) ) 2ss211w ww wRGGR- - -maxFPA)(w wG= =增益频谱增益频谱 行波放大器2 行波放大器!行波光放大器是一个没有反馈的激光器。行波光放大器是一个没有反馈的激光器。!其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。!它的腔面反射率很小，尽量使入射光信号只在其内获得单程放大。它的腔面反射率很小，尽量使入射光信号只在其内获得单程放大。注入电流注入电流输入输入光信号光信号输出光信号输

6、出光信号有源区有源区Lz = 0z = Lz z行波放大行波放大行波放大器的特征!极低的腔面反射率（），以获得小的增益抖动性（0.5dB）；!低的光损耗以获得大的净增益（约30dB）；!高的材料增益以获得极低的操作电流（2030dB增益，其操作电流为100mA）!极低的偏振相关损耗（0.5dB）!高的饱和输出功率；!低的耦合损耗（3dB/facet）；!低的噪声指数以获得输出信号高的信噪比。 减小反射率的方法减小反射率的方法1 有源区有源区光输入光输入光输出光输出反射反射角度解理面或有源区倾斜结构。在解理面处的反射光束，因角度解理面的缘故已角度解理面或有源区倾斜结构。在解理面处的反射光束，因角

7、度解理面的缘故已与前向光束分开。在大多数情况下，使用抗反射膜和有源区倾斜，可以使反射率与前向光束分开。在大多数情况下，使用抗反射膜和有源区倾斜，可以使反射率小于小于 0.1%）解理面：单晶半导体在高真空中能够沿着某些确定的方位的晶面劈裂，这样的晶解理面：单晶半导体在高真空中能够沿着某些确定的方位的晶面劈裂，这样的晶面称为解理面。面称为解理面。n有源区端面和解理面之间插入透明窗口区。有源区端面和解理面之间插入透明窗口区。光束在到达半导体和空气界面前，在该窗口光束在到达半导体和空气界面前，在该窗口区已发散，经界面反射的光束进一步发散，区已发散，经界面反射的光束进一步发散，只有极小部分光耦合进薄的有

8、源层。只有极小部分光耦合进薄的有源层。 减小反射率的方法减小反射率的方法2透明区透明区有源区有源区光输入光输入光输出光输出增透膜增透膜1234优点缺点缺点 对光信号增益的饱和性。对光信号增益的饱和性。在注入电流恒定时,输入信号光功率较小时,随着输入光功率的增加,输出光功率相应增加,增益为常数,但当输入光功率较高时,增益就会出现饱和甚至发生下降。这是因为大的输入光信号使过量的载流子参加受激辐射复合而得不到及时补充。对光信号偏振态的敏感性对光信号偏振态的敏感性半导体光放大器的偏振特性主要是指放大器对输入信号光的偏振态敏感,对不同的偏振态的增益不相同,没有经过特殊设计的半导体光放大器对TE模、TM模的增益可相差5dB8dB,而且会使增益的有效带宽减小,这当然是光纤通信中不希望见到的。LOREM IP