چگونه؟تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادیبه تقویت دست یابیم؟
پس از ظهور عصر ارتباطات فیبر نوری با ظرفیت بالا، فناوری تقویت نوری به سرعت توسعه یافته است.تقویت‌کننده‌های نوریسیگنال‌های نوری ورودی را بر اساس تابش تحریک‌شده یا پراکندگی تحریک‌شده تقویت می‌کنند. طبق اصل کار، تقویت‌کننده‌های نوری را می‌توان به تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی (تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی) تقسیم کرد.سرویس گرا (SOA)) وتقویت‌کننده‌های فیبر نوریدر میان آنها،تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادیبه دلیل مزایای باند بهره وسیع، انتگرال‌گیری خوب و محدوده طول موج وسیع، به طور گسترده در ارتباطات نوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها از نواحی فعال و غیرفعال تشکیل شده‌اند و ناحیه فعال، ناحیه بهره است. هنگامی که سیگنال نور از ناحیه فعال عبور می‌کند، باعث می‌شود الکترون‌ها انرژی خود را از دست بدهند و به شکل فوتون‌هایی که طول موج یکسانی با سیگنال نور دارند، به حالت پایه بازگردند و در نتیجه سیگنال نور تقویت می‌شود. تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی، حامل نیمه‌هادی را توسط جریان محرک به ذره معکوس تبدیل می‌کند، دامنه نور بذر تزریقی را تقویت می‌کند و ویژگی‌های فیزیکی اساسی نور بذر تزریقی مانند قطبش، عرض خط و فرکانس را حفظ می‌کند. با افزایش جریان کاری، توان نوری خروجی نیز در یک رابطه عملکردی خاص افزایش می‌یابد.
اما این رشد بدون محدودیت نیست، زیرا تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی دارای پدیده اشباع بهره هستند. این پدیده نشان می‌دهد که وقتی توان نوری ورودی ثابت است، با افزایش غلظت حامل تزریقی، بهره افزایش می‌یابد، اما وقتی غلظت حامل تزریقی خیلی زیاد باشد، بهره اشباع یا حتی کاهش می‌یابد. وقتی غلظت حامل تزریقی ثابت باشد، با افزایش توان ورودی، توان خروجی افزایش می‌یابد، اما وقتی توان نوری ورودی خیلی زیاد باشد، نرخ مصرف حامل ناشی از تابش برانگیخته خیلی زیاد است و در نتیجه اشباع یا کاهش بهره رخ می‌دهد. دلیل پدیده اشباع بهره، برهمکنش بین الکترون‌ها و فوتون‌ها در ماده ناحیه فعال است. چه فوتون‌های تولید شده در محیط بهره باشند و چه فوتون‌های خارجی، نرخی که تابش تحریک‌شده حامل‌ها را مصرف می‌کند، به نرخی که حامل‌ها در طول زمان به سطح انرژی مربوطه بازمی‌گردند، مربوط می‌شود. علاوه بر تابش تحریک‌شده، نرخ حامل مصرف‌شده توسط عوامل دیگر نیز تغییر می‌کند که بر اشباع بهره تأثیر منفی می‌گذارد.
از آنجایی که مهمترین عملکرد تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی، تقویت خطی است، عمدتاً برای دستیابی به تقویت، می‌توان از آن به عنوان تقویت‌کننده‌های توان، تقویت‌کننده‌های خط و پیش‌تقویت‌کننده‌ها در سیستم‌های ارتباطی استفاده کرد. در انتهای فرستنده، تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی به عنوان تقویت‌کننده توان برای افزایش توان خروجی در انتهای فرستنده سیستم استفاده می‌شود که می‌تواند فاصله رله تنه سیستم را تا حد زیادی افزایش دهد. در خط انتقال، تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی می‌تواند به عنوان یک تقویت‌کننده رله خطی استفاده شود، به طوری که فاصله رله احیاکننده انتقال می‌تواند دوباره به طور قابل توجهی افزایش یابد. در انتهای گیرنده، تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی می‌تواند به عنوان پیش‌تقویت‌کننده استفاده شود که می‌تواند حساسیت گیرنده را تا حد زیادی بهبود بخشد. ویژگی‌های اشباع بهره تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی باعث می‌شود که بهره هر بیت به توالی بیت قبلی مرتبط باشد. اثر الگو بین کانال‌های کوچک را می‌توان اثر مدولاسیون بهره متقاطع نیز نامید. این تکنیک از میانگین آماری اثر مدولاسیون بهره متقاطع بین چندین کانال استفاده می‌کند و یک موج پیوسته با شدت متوسط را در فرآیند برای حفظ پرتو معرفی می‌کند، بنابراین بهره کل تقویت‌کننده را فشرده می‌کند. سپس اثر مدولاسیون بهره متقاطع بین کانال‌ها کاهش می‌یابد.
تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی ساختار ساده‌ای دارند، ادغام آنها آسان است و می‌توانند سیگنال‌های نوری با طول موج‌های مختلف را تقویت کنند و به طور گسترده در ادغام انواع مختلف لیزرها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حال حاضر، فناوری ادغام لیزر مبتنی بر تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی همچنان در حال تکامل است، اما هنوز باید در سه جنبه زیر تلاش شود. یکی کاهش تلفات کوپلینگ با فیبر نوری است. مشکل اصلی تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی این است که تلفات کوپلینگ با فیبر زیاد است. به منظور بهبود راندمان کوپلینگ، می‌توان یک لنز به سیستم کوپلینگ اضافه کرد تا تلفات بازتاب را به حداقل برساند، تقارن پرتو را بهبود بخشد و به کوپلینگ با راندمان بالا دست یابد. مورد دوم کاهش حساسیت قطبش تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی است. مشخصه قطبش عمدتاً به حساسیت قطبش نور فرودی اشاره دارد. اگر تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی به طور خاص پردازش نشود، پهنای باند موثر بهره کاهش می‌یابد. ساختار چاه کوانتومی می‌تواند به طور موثر پایداری تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی را بهبود بخشد. می‌توان یک ساختار چاه کوانتومی ساده و برتر را برای کاهش حساسیت قطبش تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی مطالعه کرد. مورد سوم بهینه‌سازی فرآیند یکپارچه است. در حال حاضر، ادغام تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی و لیزرها از نظر پردازش فنی بسیار پیچیده و دست و پا گیر است و منجر به تلفات زیادی در انتقال سیگنال نوری و تلفات درج دستگاه می‌شود و هزینه آن نیز بسیار بالاست. بنابراین، باید سعی کنیم ساختار دستگاه‌های یکپارچه را بهینه کرده و دقت دستگاه‌ها را بهبود بخشیم.
در فناوری ارتباطات نوری، فناوری تقویت نوری یکی از فناوری‌های پشتیبان است و فناوری تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی به سرعت در حال توسعه است. در حال حاضر، عملکرد تقویت‌کننده‌های نوری نیمه‌هادی، به ویژه در توسعه فناوری‌های نوری نسل جدید مانند مالتی‌پلکس تقسیم طول موج یا حالت‌های سوئیچینگ نوری، تا حد زیادی بهبود یافته است. با توسعه صنعت اطلاعات، فناوری تقویت نوری مناسب برای باندهای مختلف و کاربردهای مختلف معرفی خواهد شد و توسعه و تحقیق در مورد فناوری‌های جدید، ناگزیر باعث می‌شود که فناوری تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی به توسعه و پیشرفت خود ادامه دهد.
زمان ارسال: ۲۵ فوریه ۲۰۲۵