כיצד מגבר אופטי מוליך למחצה משיג הגברה?

איךמגבר אופטי מוליך למחצהלהשיג הגברה?

לאחר כניסתו של עידן התקשורת בסיבים אופטיים בעלי קיבולת גדולה, טכנולוגיית הגברה אופטית התפתחה במהירות.מגברים אופטייםלהגביר אותות אופטיים קלט המבוססים על קרינה מגורה או פיזור מגורה. על פי עקרון העבודה, ניתן לחלק מגברים אופטיים למגברים אופטיים מוליכים למחצה (סוכנות ניהול תוכן (SOA)) ומגברי סיבים אופטייםביניהם,מגברי אופטיים מוליכים למחצהנמצאים בשימוש נרחב בתקשורת אופטית בזכות היתרונות של פס הגברה רחב, אינטגרציה טובה וטווח גל רחב. הם מורכבים מאזורים פעילים ופסיביים, והאזור הפעיל הוא אזור ההגבר. כאשר אות האור עובר דרך האזור הפעיל, זה גורם לאלקטרונים לאבד אנרגיה ולחזור למצב היסוד בצורת פוטונים, בעלי אורך גל זהה לאות האור, ובכך מגביר את אות האור. מגבר אופטי מוליך למחצה ממיר את נושא המוליך למחצה לחלקיק הפוך באמצעות זרם ההנעה, מגביר את משרעת אור הזרע המוזרק ושומר על המאפיינים הפיזיים הבסיסיים של אור הזרע המוזרק כגון קיטוב, רוחב קו ותדירות. עם העלייה בזרם העבודה, גם הספק האופטי של הפלט עולה ביחס פונקציונלי מסוים.

אבל צמיחה זו אינה חסרת גבולות, מכיוון שלמגברים אופטיים מוליכים למחצה יש תופעת רוויה של הגבר. התופעה מראה שכאשר הספק האופטי של הקלט קבוע, ההגבר עולה עם עליית ריכוז הנושא המוזרק, אך כאשר ריכוז הנושא המוזרק גדול מדי, ההגבר ירווה או אף יקטן. כאשר ריכוז הנושא המוזרק קבוע, הספק המוצא עולה עם עליית הספק הקלט, אך כאשר הספק האופטי של הקלט גדול מדי, קצב צריכת הנושא הנגרם על ידי קרינה מעוררת גדול מדי, וכתוצאה מכך רוויה או ירידה בהגבר. הסיבה לתופעת רוויה של הגבר היא האינטראקציה בין אלקטרונים לפוטונים בחומר האזור הפעיל. בין אם הפוטונים הנוצרים בתווך ההגבר או הפוטונים החיצוניים, הקצב שבו הקרינה המגורה צורכת את הנושאים קשור לקצב שבו הנושאים מתמלאים לרמת האנרגיה המתאימה בזמן. בנוסף לקרינה המגורה, קצב הנושא הנצרך על ידי גורמים אחרים משתנה גם הוא, דבר המשפיע לרעה על רוויה של הגבר.

מכיוון שהתפקיד החשוב ביותר של מגברי אופטיים מוליכים למחצה הוא הגברה ליניארית, בעיקר להשגת הגברה, ניתן להשתמש בהם כמגברי הספק, מגברי קו וקדם-מגברים במערכות תקשורת. בקצה השידור, מגבר אופטי מוליכים למחצה משמש כמגבר הספק כדי לשפר את הספק המוצא בקצה השידור של המערכת, מה שיכול להגדיל מאוד את מרחק הממסר של תא המטען של המערכת. בקו ההולכה, ניתן להשתמש במגבר אופטי מוליכים למחצה כמגבר ממסר ליניארי, כך שניתן להאריך שוב את מרחק הממסר הרגנרטיבי של ההולכה בקפיצות. בקצה המקלט, ניתן להשתמש במגבר אופטי מוליכים למחצה כקדם-מגבר, מה שיכול לשפר מאוד את רגישות המקלט. מאפייני רווית ההגבר של מגברי אופטיים מוליכים למחצה יגרמו לכך שההגבר לכל ביט יהיה קשור לרצף הביט הקודם. אפקט התבנית בין ערוצים קטנים יכול להיקרא גם אפקט אפנון הגבר צולב. טכניקה זו משתמשת בממוצע הסטטיסטי של אפקט אפנון הגבר צולב בין ערוצים מרובים ומציגה גל רציף בעוצמה בינונית בתהליך כדי לשמור על הקרן, ובכך לדחוס את ההגבר הכולל של המגבר. לאחר מכן, אפקט אפנון הגבר צולב בין ערוצים מצטמצם.

למגברים אופטיים מוליכים למחצה מבנה פשוט, אינטגרציה קלה, ויכולים להגביר אותות אופטיים באורכי גל שונים, והם נמצאים בשימוש נרחב בשילוב של סוגים שונים של לייזרים. כיום, טכנולוגיית אינטגרציית הלייזר המבוססת על מגברים אופטיים מוליכים למחצה ממשיכה להתפתח, אך עדיין יש צורך במאמצים בשלושת ההיבטים הבאים. האחד הוא להפחית את אובדן הצימוד עם הסיב האופטי. הבעיה העיקרית של מגבר אופטי מוליך למחצה היא שאובדן הצימוד עם הסיב גדול. על מנת לשפר את יעילות הצימוד, ניתן להוסיף עדשה למערכת הצימוד כדי למזער את אובדן ההחזרה, לשפר את הסימטריה של הקרן ולהשיג צימוד יעיל גבוה. השני הוא להפחית את רגישות הקיטוב של מגברים אופטיים מוליכים למחצה. מאפיין הקיטוב מתייחס בעיקר לרגישות הקיטוב של האור הפוגע. אם מגבר אופטי מוליך למחצה אינו מעובד במיוחד, רוחב הפס האפקטיבי של ההגבר יופחת. מבנה באר קוונטית יכול לשפר ביעילות את יציבותם של מגברים אופטיים מוליכים למחצה. ניתן לחקור מבנה באר קוונטית פשוט ועדיף כדי להפחית את רגישות הקיטוב של מגברים אופטיים מוליכים למחצה. השלישי הוא אופטימיזציה של התהליך המשולב. כיום, שילוב מגברי אופטיים מוליכים למחצה ולייזרים הוא מסובך ומסורבל מדי בעיבוד טכני, וכתוצאה מכך אובדן גדול בהעברת אותות אופטיים ואובדן הכנסת המכשיר, והעלות גבוהה מדי. לכן, עלינו לנסות לייעל את מבנה המכשירים המשולבים ולשפר את דיוק המכשירים.

בטכנולוגיית תקשורת אופטית, טכנולוגיית הגברה אופטית היא אחת הטכנולוגיות התומכות, וטכנולוגיית מגברי אופטיים מוליכים למחצה מתפתחת במהירות. כיום, ביצועי מגברי אופטיים מוליכים למחצה שופרו מאוד, במיוחד בפיתוח טכנולוגיות אופטיות מהדור החדש כגון ריבוב חלוקת אורכי גל או מצבי מיתוג אופטיים. עם התפתחות תעשיית המידע, תוצג טכנולוגיית הגברה אופטית המתאימה לפסים שונים וליישומים שונים, ופיתוח ומחקר של טכנולוגיות חדשות יגרמו בהכרח לטכנולוגיית מגברי אופטיים מוליכים למחצה להמשיך להתפתח ולשגשג.