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半導(dǎo)體光放大器SOA原理及應(yīng)用

天津見合八方光電科技有限公司 ? 2022-05-24 09:12 ? 次閱讀

1.半導(dǎo)體光放大器SOA原理

SOA(Semi-conductor Optical Amplifier)半導(dǎo)體光放大器是采用應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)的PN結(jié)器件,外部正向偏壓形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),外部光進(jìn)入后導(dǎo)致受激輻射,形成光信號(hào)放大。

pYYBAGKHlhOAEcBkAAEPeWhgmBE626.png半導(dǎo)體光放大器SOA原理

優(yōu)點(diǎn):具有支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成

缺點(diǎn):不同波長(zhǎng)通道間存在交叉增益調(diào)制與非線性相互作用,偏振敏感性,增益飽和性

SOA與EDFA(摻鉺光纖放大器)相比,商用器件部分指標(biāo)弱于EDFA,但SOA仍有EDFA無法替代的特性,如其可支持O-band(1260~1360),E-band(1360~1460),L-band(1460~1530)的放大,且有成本低,體積小易集成等特點(diǎn),在新基建時(shí)代,SOA將會(huì)在接入網(wǎng)和城域網(wǎng)邊緣,以及光纖傳感、激光雷達(dá)、眼科成像等領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。

poYBAGKHlkGAXTZYAAFNiqbS4wA908.pngEDFA與SOA對(duì)比

2.半導(dǎo)體光放大器SOA市場(chǎng)應(yīng)用

隨著SOA輸出光功率、小信號(hào)增益、增益偏振靈敏度、噪聲指數(shù)等性能的提升,半導(dǎo)體光放大器SOA將在全光網(wǎng)絡(luò)通信和傳感網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重要的作用。SOA除了可以滿足1310nm波段的放大,在一些1550nm波段的單級(jí)放大領(lǐng)域SOA已可完全替代EDFA。

2.1.半導(dǎo)體光放大器SOA在運(yùn)營(yíng)商光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),帶寬需求激增,在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)邊緣,需要100G(4*25G CWDM4/LWDM4)高速傳輸,在縣鄉(xiāng)傳輸、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)邊緣傳輸距離通常為5~40km。此時(shí)成本最優(yōu)方案為100G(4*25G) LWDM4+SOA方案,使用4*25G的LWDM波長(zhǎng)復(fù)用為100G,再配合SOA提升鏈路余量。

在5G基站前傳場(chǎng)景,在一些基站拉遠(yuǎn)距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)景,可以使用光模塊式的SOA,提升光功率余量,實(shí)現(xiàn)基站拉遠(yuǎn)1310nm波段和1550nm波段的25G信號(hào)速率的弱光改造。

同樣的,隨著家庭寬帶逐漸升級(jí)為WDMPON方案,SOA可助力WDM PON的廣泛部署,提高WDM PON網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和傳輸距離。

在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,既可以將SOA集成到光模塊的ROSA或TOSA中,也可以使用獨(dú)立的SOA設(shè)備或SOA光模塊進(jìn)行放大。

poYBAGKHmbuAYMhRAAF_70EtzpY177.png半導(dǎo)體光放大器SOA在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

2.2半導(dǎo)體光放大器SOA網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場(chǎng)的應(yīng)用

這是半導(dǎo)體光放大器SOA的傳統(tǒng)應(yīng)用,目前隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展,國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)分流監(jiān)控需求逐漸增加,其通常為在核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分光監(jiān)測(cè),分光下來的信號(hào)通常很弱,需要使用光放大器,而100G業(yè)務(wù)有很多為1310波長(zhǎng),只能采用SOA進(jìn)行放大。

本場(chǎng)景是目前SOA放大應(yīng)用最廣也是最成熟的應(yīng)用。

pYYBAGKHmemAMm-_AAI9VaAn62Q028.png半導(dǎo)體光放大器SOA在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場(chǎng)的應(yīng)用

2.3半導(dǎo)體光放大器SOA在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)DCI中的應(yīng)用

隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心之間高帶寬互聯(lián)需求逐漸增加。針對(duì)高速業(yè)務(wù),由于可使用SOA進(jìn)行光信號(hào)中繼放大,提升鏈路光功率余量,延長(zhǎng)傳輸距離。SOA既可以應(yīng)用于1310波段可以應(yīng)用于1550波段的高速業(yè)務(wù)光信號(hào)放大。

pYYBAGKHmlSAPq7sAAI771wTBMo818.png半導(dǎo)體光放大器SOA在DCI數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中的應(yīng)用pYYBAGKHmmCAEZ-XAAGsx0m9_gs792.png半導(dǎo)體光放大器SOA在DCI數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中的應(yīng)用

這個(gè)市場(chǎng)通常使用獨(dú)立的SOA半導(dǎo)體光放大機(jī)架式設(shè)備,近期見合八方已推出CFP2形態(tài)的uSOA,目前正在研制QSFP28和SFP形態(tài)的SOA。

2.4半導(dǎo)體光放大器SOA在分布式光纖傳感中的應(yīng)用

SOA具有優(yōu)良的頻率響應(yīng)特性和較高的消光比,可作為光開關(guān)或調(diào)制器使用。隨著SOA技術(shù)的不斷提升,目前在大部分場(chǎng)景中已可替代聲光調(diào)制器AOM,用于獲得高消光比的窄脈沖激光光源。天津見合八方光電的1550nm SOA消光比最高可達(dá)65dB。

pYYBAGKHmqCAc-zJAAHJCR-Mw68910.png半導(dǎo)體光放大器SOA在光纖傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.5半導(dǎo)體光放大器SOA在激光雷達(dá)LiDAR系統(tǒng)中應(yīng)用

TOF激光雷達(dá)和FMCW激光雷達(dá)基本原理如下圖所示,半導(dǎo)體光放大器SOA主要應(yīng)用于激光雷達(dá)中的光源部分。天津見合八方光電的SOA芯片飽和輸出光功率可達(dá)23dBm,用于提高1550nm窄線寬激光器的發(fā)射光功率,滿足激光雷達(dá)長(zhǎng)距探測(cè)需求;同時(shí)與EDFA相比,芯片式的SOA可直接集成光源中,從而使得激光雷達(dá)更小巧輕便,滿足車載、無人機(jī)測(cè)繪等對(duì)體積重量要求較高的場(chǎng)景應(yīng)用。

poYBAGKHlx6AMg2PAADKRyxxF-4908.pngTOF LiDAR基本原理poYBAGKHlx6ANV44AADpTlX6X4Y022.png調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)FMCW LiDAR基本原理

2.6半導(dǎo)體光放大器SOA在OCT相干眼科成像中的應(yīng)用

OCT學(xué)名叫光學(xué)相干斷層掃描技術(shù),是20世紀(jì)90年代初期發(fā)展起來的一種新型非接觸性的無創(chuàng)光學(xué)影像診斷技術(shù),是利用眼內(nèi)不同的組織對(duì)入射光素的反射性不同,從而顯示眼睛組織的結(jié)構(gòu)和它們之間的距離,再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理以后,形成偽彩或灰度,來顯示組織的斷面結(jié)構(gòu)。1050nm(水對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)吸收少)的半導(dǎo)體光放大器SOA可集成在OCT成像設(shè)備的光源中,用于提高光源輸出光功率,進(jìn)而提高檢測(cè)靈敏度,天津見合八方光電的1050nm半導(dǎo)體光放大器飽和光功率可達(dá)23dBm。

pYYBAGKHl_eAIt3ZAAVPDSh_cVg198.png半導(dǎo)體光放大器SOA在OCT相干眼科成像設(shè)備中的應(yīng)用

見合八方公司和產(chǎn)品介紹

天津見合八方光電科技有限公司,依托于清華大學(xué)天津電子院光電集成微系統(tǒng)研究所,由北京見合八方與清華大學(xué)天津電子院于2019年合作成立。是一家致力于光子集成技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè),目前已推出全系列SOA產(chǎn)品,包括1050nm,1310nm和1550nm SOA芯片、SOA COC、SOA蝶形器件等。目前SOA芯片全流程國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn),自主可控,在性能上已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平,通過了多個(gè)國(guó)內(nèi)主流廠家的驗(yàn)證和試用,目前已批量供貨。

pYYBAGKLqReADi4KAAFeaXSJSv8008.png半導(dǎo)體光放大器SOA蝶形器件pYYBAGKLqR6ABNjWAAF6GmqfYN8001.png半導(dǎo)體光放大器SOA COCpoYBAGKLqSSAbJltAADVdSsuJ4k703.png半導(dǎo)體光放大器SOA光芯片
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