半導体光増幅器とは何か

何ですか半導体光増幅器

半導体光増幅器は、半導体利得媒体を用いた光増幅器の一種です。レーザーダイオードに似ており、下端のミラーが半反射コーティングに置き換えられています。信号光は半導体シングルモード導波路を通して伝送されます。導波路の横方向寸法は1～2マイクロメートル、長さは0.5～2mm程度です。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。注入された電流は伝導帯に一定のキャリア濃度を生成し、伝導帯から価電子帯への光学遷移を可能にします。ピーク利得は、光子エネルギーがバンドギャップエネルギーよりわずかに大きいときに発生します。SOA光増幅器は、通常、ピグテールの形で通信システムに使用され、動作波長は約1300nmまたは1500nmで、約30dBの利得を提供します。

そのSOA半導体光増幅器歪量子井戸構造を持つPN接合デバイスです。外部順方向バイアスにより誘電体粒子の数が反転します。外部励起光が入射すると誘導放射が発生し、光信号の増幅が実現されます。上記の3つのエネルギー移動プロセスはすべて、SOA光増幅器光信号の増幅は誘導放出に基づいています。誘導吸収と誘導放出の過程が同時に存在します。ポンプ光の誘導吸収はキャリアの回復を加速するために利用され、同時に電気ポンプは電子を高エネルギー準位（伝導帯）に送り込むことができます。自然放出光が増幅されると、増幅された自然放出ノイズが形成されます。SOA光増幅器は半導体チップをベースとしています。

半導体チップは、GaAs/AlGaAs、InP/AlGaAs、InP/InGaAsP、InP/InAlGaAsなどの化合物半導体で構成されています。これらは半導体レーザーの材料でもあります。SOAの導波路設計はレーザーと同じか類似しています。違いは、レーザーは光信号の発振を生成・維持するために、利得媒体の周囲に共振空洞を形成する必要があることです。光信号は、出力される前に空洞内で複数回増幅されます。SOAアンプ（ここで議論しているのは、ほとんどのアプリケーションで使用される進行波増幅器に限定されますが）光は利得媒体を一度だけ通過すればよく、後方反射は最小限に抑えられます。SOA増幅器の構造は、領域P、領域I（活性層またはノード）、領域Nの3つの領域で構成されます。活性層は通常、量子井戸で構成され、光電変換効率を向上させ、閾値電流を低減することができます。

図1 光パルスを生成するためのSOAを統合したファイバーレーザー

チャネル転送に適用

SOAは通常、増幅用途にとどまらず、光ファイバ通信分野にも応用されています。飽和利得や交差位相偏光といった非線形プロセスに基づくアプリケーションでは、SOA光増幅器内のキャリア濃度の変化を利用して屈折率を変化させます。これらの効果は、波長分割多重システムにおけるチャネル転送（波長変換）、変調フォーマット変換、クロックリカバリ、信号再生、パターン認識などに応用できます。

光電子集積回路技術の進歩と製造コストの削減により、SOA半導体光増幅器を基本増幅器、機能光デバイス、サブシステム部品として応用する分野は拡大し続けるでしょう。