光増幅器シリーズ：半導体光増幅器入門

光増幅器シリーズ：半導体光増幅器入門

半導体光増幅器SOA（SOA）は、半導体利得媒体をベースとした光増幅器です。本質的には、ファイバー結合型半導体レーザー管の端面ミラーを反射防止膜に置き換えた構造です。傾斜導波路を用いることで、端面反射率をさらに低減できます。信号光は通常、横方向寸法が1～2μm、長さが約0.5～2mmの半導体シングルモード導波路を通して伝送されます。導波モードは、電流によって励起される活性（増幅）領域と大きく重なります。電流を注入することで伝導帯に一定のキャリア密度が生成され、伝導帯から価電子帯への光遷移が可能になります。最大利得は、バンドギャップエネルギーをわずかに上回る光子エネルギーで発生します。

半導体光増幅器の動作原理
半導体光増幅器（SOA）は、入射光信号を誘導放出によって増幅するもので、その仕組みは半導体レーザーと同じです。SOA光増幅器は単なるフィードバックのない半導体レーザーであり、その核心は半導体光増幅器を光または電気的にポンピングする際に粒子数を逆転させることで光利得を得ることである。
の種類SOA 半導体光増幅器
SOA は、顧客システムで果たす役割に応じて、シリアル、ブースター、スイッチング SOA、プリアンプの 4 つのカテゴリに分類できます。
1. 直接挿入：高利得、中程度のPsat、低NFおよび低PDG（通常は偏波独立SOAと関連）
2. エンハンサー: Psat が高く、ゲインが低く、通常は偏光に依存します。
3. スイッチ：消光比が高く、立ち上がり/立ち下がり時間が速い。
4. プリアンプ：より長い伝送距離、より低い NF、およびより高いゲインに適しています。
SOA半導体光増幅器の利点
帯域幅内で SOA によって提供される光利得は、入射光信号の波長から比較的独立しています。
光ポンピングではなく、増幅されたポンプ信号として電流を注入します。
SOA はコンパクトなため、単一の平面基板上に複数の導波路光子デバイスを統合できます。
4. ダイオードレーザーと同じ技術を使用します。
SOA は、より広い帯域幅 (最大 100 nm) を備え、1300 nm および 1550 nm の通信スペクトル帯域で動作できます。
6. 光受信端のプリアンプとして機能するように構成および統合できます。
SOA は、WDM 光ネットワーク内の単純な論理ゲートとして使用できます。

SOA半導体光増幅器の限界
SOAは最大数十ミリワット（mW）の光出力を供給でき、これは通常、光ファイバー通信リンクにおける単一チャネル動作には十分です。しかし、WDMシステムでは、チャネルあたり最大数mWの光出力が必要になる場合があります。
2. 入力光ファイバーを SOA 統合チップに結合すると信号損失が発生することが多いため、SOA は追加の光ゲインを提供して、この損失がアクティブ領域の入出力側面に与える影響を最小限に抑える必要があります。
SOA は入力光信号の偏光に対して非常に敏感です。
4. アクティブ媒体ではファイバー増幅器よりも高いレベルのノイズが発生します。
WDM アプリケーションで必要に応じて複数の光チャネルを増幅すると、SOA によって深刻なクロストークが発生します。