半导体光放大器

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1、半导体光放大器半导体光放大器内容安排2SOA的简介SOA的出现和发展SOA的基本原理SOA技术的应用SOA的发展 一、半导体光放大器的简介31、半导体光放大器（SOA）概念：以半导体材料作为增益介质、能对外来光子进行放大或提供增益的光电子器件。半导体光放大器与激光器 相同点：都需要增益介质 都能使光子在增益介质内引起高效的受激辐射 都需为受激辐射所需的粒子数反转提供所需能源 不同点：所要放大的光子的来源上的差别一、半导体光放大器的简介4优点： 1、工作波长范围大（1310nm到1550nm） 2、体积小，结构简单，功耗低，反应速度快 3、可与其他有源和无源光电子器件进行混合或单片集成 一、半导

2、体光放大器的简介缺点： 1、不同波长通道间存在较强的交叉增益调制与非线性相互作用 2、在与光纤进行耦合时，芯片两端与光纤的耦合损耗均在3dB以上5二、 SOA的出现与发展6 1、SOA的出现1960年，美国贝尔实验室研究出以红宝石为介质的世界上第一台激光器1962年，前苏联的列别捷夫和美国的4个单位几乎同时研究出以半导体GaAs为增益介质的半导体激光器。（同质结）二、 SOA的出现与发展1966年，美籍华人高锟和乔治何克汉提出用石英玻璃纤维光载波所携带的信息。半导体激光器被期待为光纤通信的理想光源。贝尔实验室开始研究异质结半导体激光器(GaAlAs)。1970年，研究出双异质结半导体激光器，与

3、此同时，美国康宁公司将玻璃纤维损耗从1000dB/km降至20dB/km，使光纤通信成为可能。7二、 SOA的出现与发展82、光纤通信的需求拉动SOA的发展1983年，研究出法布里珀罗半导体光放大器（FP-SOA）和行波半导体光放大器（TW-SOA）1987年，我国“863”计划进一步对半导体光放大器进行研究： 基于体材料 量子阱材料 量子点半导体材料 波段为1310nm到1550nm 单纯研究器件 基于SOA波长变换码型变化等全光 信号处理的应用 二、 SOA的出现与发展93、SOA受到光纤放大器的严重挑战掺稀土离子光纤放大器：EDFA受激辐射 非线性光纤放大器：拉曼光纤放大器非线性效应 二

4、、 SOA的出现与发展EDFA优点（Er+3粒子的优点）： 1、迁跃能力对应波长范围=光纤最低损耗波段（1550nm） 2、容易形成高浓度的粒子数反转和高增益 3、可与传输光纤直接熔接，熔接损耗仅为1dB 4、增益与输入光的偏振态相关性小，噪声指数低二、 SOA的出现与发展11SOA与光纤放大器性能对比仅有几项实验室数据可与EDFA媲美，商用器件指标比EDFA逊色二、 SOA的出现与发展124、SOA的发展机遇SOA作“全波放大器” EDFA适用于C+L带（1530-1565-1625nm） 要解决的问题：如何开发O带（1260-1360nm）,E带（1360-1460nm） 和S带（1460

5、-1530nm）的带宽资源 SOA对各波段光信号有放大能力二、 SOA的出现与发展13SOA与EDFA“合作” 光发射机和光纤放大器泵浦源必需半导体激光器可在获得半导体激光器的同时，获得相应SOA以EDFA为参照，取长补短提高光放大器性能二、 SOA的出现与发展14SOA用于降低用户接入网的成本反射式半导体光放大器（RSOA）三、SOA的基本原理151、SOA的基本结构 SOA是一个半导体P-N结三、SOA的基本原理16减小半导体材料与空气分界面上的菲涅尔反射有源层中的载流子是在由正向偏置电流注入的。有源层周围是具有较低折射率的宽带隙材料，使器件的注入效率和受激辐射效率大大提高三、SOA的工作

6、原理17 外加正向偏压形成粒子数反转外加正向偏压形成粒子数反转 外部光照导致受激辐射，光信号被放大外部光照导致受激辐射，光信号被放大三、SOA的工作原理3.1 半导体增益介质 内建电场 耗尽区 P P型型半导体半导体- - - - -+ + + + + N N型型半导体半导体 空穴浓度高度高电子浓度高构成P-N结时，它们之间存在很大的载流子浓度差导致空穴和电子向不同区域扩散，从而形成内建电场。最终扩散运动和漂移运动达到平很，内建电场稳定18三、SOA的工作原理3.2 载流子注入与粒子数反转为了使光子在增益介质中获得增益，在外部能量作用下（半导体光放大器或者半导体激光器通常为直接电注入）形成离子