半導(dǎo)體光放大器件

半導(dǎo)體光放大器是一種把發(fā)光器件一一半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)作為放大裝置使用的器件因?yàn)榫哂心軒ЫY(jié)構(gòu)所以其增益帶寬比采用光纖放大器的寬。另外通過改變所使用的半導(dǎo)體材料的組成可以使波長使用范圍超過100nm,這是半導(dǎo)體光放大器的一個突出特點(diǎn)。半導(dǎo)體光放大器由有源區(qū)和無源區(qū)構(gòu)成,如圖1所示,有源區(qū)為增益區(qū),使用Inp這樣的半導(dǎo)體材料制作,與半導(dǎo)體激光器的主要不同之處是SOA帶抗反射涂層,以防止放大器端面的反射,排除共振器功效。抗反射涂層就是在端面設(shè)置單層或多層介質(zhì)層。以平面波人射單層介質(zhì)層時,抗反射膜的條件相對于厚度為 1/4波長。實(shí)際的放大器,傳輸光是數(shù)微米的點(diǎn)光,可以研究假想波導(dǎo)模嚴(yán)格的無反射條件。去除端面反射影響的另一種方法,也可以采用使端面傾斜的方法和窗結(jié)構(gòu)。把光放大器作為光通信中繼放大器使用,入射光的偏振方向是無規(guī)則的,最好是偏振波依賴性小的放大器。為了消除這種偏振波依賴性,可以引人運(yùn)用窄條結(jié)構(gòu)使激活波導(dǎo)光路近似正方形斷面形狀的方法和施加抗張應(yīng)力,以增大TM波增益的應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。目前,實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)半導(dǎo)體光放大器的方法有很多種,如張應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)、應(yīng)變補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、同時采用張應(yīng)變量子阱和壓應(yīng)變量子阱的混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)等。圖2為采用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量子阱光放大器基本結(jié) 構(gòu)圖。有源區(qū)4C3T采用混合應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu),即4個壓應(yīng)變量子阱,3個張應(yīng)變量子阱,壓應(yīng)變和張應(yīng)變量子阱之間用與Ipn晶格匹配的寬的IaGaAsP壘層隔開上下波導(dǎo)層分別為波長1.15um的IaGaAsP匹配材料包層為p型Inp,接觸層為重P型摻雜IaGaAsP材料,材料的外延法生長過程中,n型摻雜源為硅烷,p型摻雜源為二甲基鋅材料;生長完成后,采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻、反應(yīng)離子刻蝕、濕法腐蝕、蒸發(fā)、濺射等工藝制作脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

早在半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)時，就開始了對SOA的研究，但由于初期的半導(dǎo)體材料激光放大器偏振靈敏度較高，使得SOA一度沉寂。但近幾年來應(yīng)變量子阱材料的研制成功，克服了偏振敏感的缺點(diǎn)，性能也有許多改進(jìn)。半導(dǎo)體光放大器的增益可以達(dá)到30dB以上，而且在1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相應(yīng)使用波長范圍保持平坦，那么它不僅可以作為光放大的一種有益的選擇方案，還可促成l310nm窗口WDM系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

SOA的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可充分利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器技術(shù)，制作工藝成熟，成本低、壽命長、功耗小，且便于與其他光器件進(jìn)行集成。另外，其工作波段可覆蓋l.3~1.6/μm波段，這是EDFA或PDFA所無法實(shí)現(xiàn)的。但最大的弱點(diǎn)是與光纖的耦合損耗太大，噪聲及串?dāng)_較大且易受環(huán)境溫度影響，因此穩(wěn)定性較差。SOA除了可用于光放大外，還可以作為光開關(guān)和波長變換器。