ما هو مكبر بصري شبه موصل؟

ما هومكبر بصري شبه موصل

المضخم البصري شبه الموصل هو نوع من المضخمات البصرية يستخدم وسيط كسب شبه موصل. وهو يشبه ثنائي الليزر، حيث تُستبدل المرآة في الطرف السفلي منه بطبقة شبه عاكسة. ينتقل ضوء الإشارة عبر موجه موجي أحادي النمط شبه موصل. يتراوح البعد العرضي للموجه الموجي بين 1 و2 ميكرومتر، ويتراوح طوله بين 0.5 و2 مم. يتداخل وضع الموجه الموجي بشكل كبير مع المنطقة النشطة (التضخيم)، التي يضخها التيار. يولّد التيار المحقون تركيزًا معينًا للناقل في نطاق التوصيل، مما يسمح بالانتقال البصري من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ. يحدث الكسب الأقصى عندما تكون طاقة الفوتون أكبر بقليل من طاقة فجوة النطاق. يُستخدم المضخم البصري SOA عادةً في أنظمة الاتصالات على شكل أسلاك ضفائر، بطول موجي تشغيلي يبلغ حوالي 1300 أو 1500 نانومتر، مما يوفر كسبًا يبلغ حوالي 30 ديسيبل.

المكبر بصري شبه موصل SOAهو جهاز وصلة PN ذو بنية بئر كمومية إجهادية. يعكس الانحياز الأمامي الخارجي عدد الجسيمات العازلة. بعد دخول ضوء الإثارة الخارجي، يتولد إشعاع مُحفَّز، مما يؤدي إلى تضخيم الإشارات الضوئية. جميع عمليات نقل الطاقة الثلاث المذكورة أعلاه موجودة فيمكبر بصري SOAيعتمد تضخيم الإشارات الضوئية على الانبعاث المُحفَّز. تحدث عمليتا الامتصاص المُحفَّز والانبعاث المُحفَّز في آنٍ واحد. يُمكن الاستفادة من الامتصاص المُحفَّز لضوء المضخة لتسريع استعادة الناقلات، وفي الوقت نفسه، تُرسل المضخة الكهربائية الإلكترونات إلى مستوى طاقة عالٍ (نطاق التوصيل). عند تضخيم الإشعاع التلقائي، يُشكِّل ضوضاء إشعاع تلقائية مُضخَّمة. يعتمد مُضخِّم SOA البصري على رقائق أشباه الموصلات.

تتكون رقائق أشباه الموصلات من أشباه موصلات مركبة، مثل GaAs/AlGaAs، وInP/AlGaAs، وInP/InGaAsP، وInP/InAlGaAs، وغيرها. تُستخدم هذه المواد أيضًا في صناعة ليزرات أشباه الموصلات. تصميم الدليل الموجي في تقنية SOA مماثل أو مشابه لتصميم الليزرات. يكمن الاختلاف في أن الليزرات تحتاج إلى تكوين تجويف رنيني حول وسط الكسب لتوليد تذبذب الإشارة الضوئية والحفاظ عليه. تُضخَّم الإشارة الضوئية عدة مرات في التجويف قبل إخراجها. فيمضخم SOA(ما نناقشه هنا يقتصر على مُضخِّمات الموجات المتنقلة المُستخدمة في مُعظم التطبيقات)، حيثُ لا يحتاج الضوء إلى المرور عبر وسط الكسب إلا مرة واحدة، ويكون الانعكاس العكسي ضئيلاً. يتكون هيكل مُضخِّم SOA من ثلاث مناطق: المنطقة P، والمنطقة I (الطبقة النشطة أو العقدة)، والمنطقة N. تتكون الطبقة النشطة عادةً من آبار كمية، مما يُحسّن كفاءة التحويل الكهروضوئي ويُخفِّض تيار العتبة.

الشكل 1 ليزر الألياف مع SOA متكامل لتوليد نبضات بصرية

يتم تطبيقه على نقل القناة

لا تقتصر تطبيقات SOA عادةً على التضخيم فحسب، بل يُمكن استخدامها أيضًا في مجال اتصالات الألياف الضوئية، والتطبيقات القائمة على عمليات غير خطية، مثل كسب التشبع أو الاستقطاب عبر الطور، والتي تستغل تباين تركيز الموجة الحاملة في مُضخّم SOA الضوئي للحصول على مؤشرات انكسار مُتغيرة. يُمكن تطبيق هذه التأثيرات على نقل القنوات (تحويل الطول الموجي)، وتحويل صيغة التضمين، واستعادة الساعة، وتجديد الإشارة، والتعرف على الأنماط، وغيرها في أنظمة الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي.

مع تقدم تكنولوجيا الدوائر المتكاملة الضوئية الإلكترونية وخفض تكاليف التصنيع، فإن مجالات تطبيق مكبر الصوت البصري شبه الموصل SOA كمكبرات أساسية وأجهزة بصرية وظيفية ومكونات النظام الفرعي ستستمر في التوسع.