Полупроводниковые оптические усилители. Нелинейные оптические усилители. Романов Владимир, гр

Полупроводниковые оптические усилители В полупроводниковых оптических усилителях, активной средой является полупроводник. Полупроводник можно рассматривать как простую систему с двумя неперекрывающимися энергетическими зонами: нижней (валентной) и верхней (зоной проводимости). Между ними имеется энергетический зазор (запрещенная зона энергий). За счет инжекции тока в полупроводник, создается инверсия населенности – избыток электронов в зоне проводимости. Фотоны входного (усиливаемого) сигнала служат источником возбуждения электронов в зоне проводимости, благодаря чему они переходят с верхнего уровня на нижний уровень, где рекомбинируют с дырками, вызывая появление фотонов выходного (усиленного) сигнала. Если один первичный фотон вызывает эмиссию K вторичных фотонов, возникает K-кратное оптическое усиление.

Различие коэффициентов усиления для продольной и поперечной мод:

Полупроводниковые оптические усилители Подпороговые Надпороговые Усилители бегущей волны (УБВ). Резонансные усилители (Фабри-Перо, ФП). Лазеры с распределенной обратной связью. Лазеры с распределенным отражателем Брегга.

Частотные характеристики усилителей

Спектральные характеристики усилителей

Изменение формы импульса при

Применение полупроводниковых оптических усилителей В качестве предусилителей перед детектированием оптического сигнала, а также в качестве усилителей мощности в линейных системах для компенсации распределенных потерь в линии, позволяющих увеличить длину регенерационного участка. ППОУ могут быть интегрированы вместе с полупроводниковым лазером для создания эффективного источника в когерентных оптических системах. ППОУ могут быть использованы как компенсаторы дисперсии в оптоволокне. ППОУ, могут быть использованы в качестве оптических коммута- торов для пространственной коммутации или разделения по длинам волн.

Пример конструкции полупроводникового усилителя, совмещенного с лазером передатчика:

Основные нелинейные явления Нелинейное преломление - явление, при котором показатель пре- ломления зависит от интенсивности электрического поля Е. Вынужденное неупругое рассеяние - явление, при котором опти- ческая волна передает часть своей энергии нелинейной среде в результате взаимодействия с молекулами. Модуляционная неустойчивость - явление модуляции стационар- ного волнового состояния под действием нелинейных и дисперсион- ных эффектов. Параметрические процессы - явления, вызванные взаимодейст- вием оптических волн с электронами внешних оболочек (четырехвол- новое смешение, ЧВС, генерация гармоник и параметрическое усиле- ние). Вынужденное неупругое рассеяние Вынужденное рамановское / комбинационное рассеяние (ВКР). Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ).

ВКР-усилитель (Рамановский усилитель) - Интенсивность сигнала - Интенсивность накачки - Коэффициент усиления - Мощность накачки - Эффективная длина ОВ - Площадь сечения ОВ - Эквивалентная крутизна усиления

ВКР-усилитель (Рамановский усилитель) Схема накачки:

Зависимость эквивалентной крутизны усиления от сдвига частоты при мкм. в волокне SiO 2 Коэффициент усиления

Спасибо за внимание!