מהו מגבר אופטי מוליך למחצה

מהו אמגבר אופטי מוליך למחצה

מגבר אופטי מוליך למחצה הוא סוג של מגבר אופטי המשתמש בתווך הגבר מוליך למחצה. הוא דומה לדיודת לייזר, שבה המראה בקצה התחתון מוחלפת בציפוי חצי-רפלקטיבי. אור האות מועבר דרך מוליך גל חד-מצבי מוליך למחצה. הממד הרוחבי של מוליך הגל הוא 1-2 מיקרומטר ואורכו הוא בסדר גודל של 0.5-2 מ"מ. למצב מוליך הגל יש חפיפה משמעותית עם האזור הפעיל (הגברה), אשר נשאב על ידי הזרם. הזרם המוזרק מייצר ריכוז נושא מסוים בפס ההולכה, מה שמאפשר את המעבר האופטי של פס ההולכה לפס הערכיות. הגבר השיא מתרחש כאשר אנרגיית הפוטון גדולה מעט מאנרגיית פער הפס. מגבר אופטי SOA משמש בדרך כלל במערכות טלקומוניקציה בצורת צמות, עם אורך גל פעולה של כ-1300 ננומטר או 1500 ננומטר, ומספק כ-30dB של הגבר.

המגבר אופטי למחצה SOAהוא התקן צומת PN בעל מבנה באר קוונטית מסוג strain. ההטיה קדימה החיצונית הופכת את מספר החלקיקים הדיאלקטריים. לאחר כניסת אור העירור החיצוני, נוצרת קרינה מגורה, ומשיגה הגברה של אותות אופטיים. כל שלושת תהליכי העברת האנרגיה הנ"ל קיימים במגבר אופטי SOAהגברת אותות אופטיים מבוססת על פליטה מגורה. תהליכי הקליטה המגורה והפליטה המגורה מתקיימים בו זמנית. ניתן להשתמש בקליטה המגורה של אור המשאבה כדי להאיץ את התאוששות נושאי הגלאים, ובמקביל, המשאבה החשמלית יכולה לשלוח אלקטרונים לרמת אנרגיה גבוהה (פס הולכה). כאשר קרינה ספונטנית מוגברת, היא תיצור רעש קרינה ספונטנית מוגבר. מגבר אופטי SOA מבוסס על שבבי מוליכים למחצה.

שבבי מוליכים למחצה מורכבים ממוליכים למחצה מורכבים, כגון GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP ו-InP/InAlGaAs וכו'. אלה גם החומרים לייצור לייזרים מוליכים למחצה. עיצוב מוליך הגל של SOA זהה או דומה לזה של לייזרים. ההבדל טמון בכך שלייזרים צריכים ליצור חלל תהודה סביב תווך ההגבר כדי לייצר ולשמור על תנודת האות האופטי. האות האופטי יוגבר מספר פעמים בחלל לפני שיוצא. במגבר SOA(מה שאנו דנים בו כאן מוגבל למגברי גלים נודדים המשמשים ברוב היישומים), אור צריך לעבור דרך תווך ההגבר פעם אחת בלבד, וההשתקפות לאחור היא מינימלית. מבנה מגבר ה-SOA מורכב משלושה אזורים: אזור P, אזור I (שכבה או צומת פעילים) ואזור N. השכבה הפעילה מורכבת בדרך כלל מבארות קוונטיות, שיכולות לשפר את יעילות ההמרה הפוטואלקטרית ולהפחית את זרם הסף.

איור 1 לייזר סיבים עם SOA משולב ליצירת פולסים אופטיים

מיושם על העברת ערוצים

SOAs משמשים בדרך כלל לא רק להגברה: ניתן להשתמש בהם גם בתחום תקשורת סיבים אופטיים, יישומים המבוססים על תהליכים לא ליניאריים כגון הגבר רוויה או קיטוב צולב פאזות, המשתמשים בשינוי ריכוז הגל במגבר אופטי SOA כדי להשיג מדדי שבירה משתנים. ניתן ליישם אפקטים אלה להעברת ערוצים (המרת אורך גל), המרת פורמט אפנון, שחזור שעון, התחדשות אותות וזיהוי תבניות וכו' במערכות ריבוב חלוקת אורכי גל.

עם התקדמות טכנולוגיית המעגלים המשולבים האופטואלקטרוניים והפחתת עלויות הייצור, תחומי היישום של מגבר אופטי מוליך למחצה SOA כמגברים בסיסיים, התקנים אופטיים פונקציונליים ורכיבי תת-מערכת ימשיכו להתרחב.