بخشی از مقاله
چکیده
تقویتکنندهی نوری نیمههادی - SOA - یک افزاره فوتونیکی است که در شبکههای ارتباط نوری در فواصل میانی جهت تقویت سیگنال نوری استفاده میشود. این افزاره تحت شرایط عملیاتی مناسب - بایاس، وارونگی جمعیت، وجود سیگنال ورودی - سیگنال نوری را تقویت مینماید. در SOA الکترونهامعمولاً - بیشتر بهعنوان حامل معرفی میشوند - با یک منبع جریان خارجی به داخل ناحیهی فعال تزریق میشوند.
رایجترین کاربرد SOA بهعنوان یک بلوک بهرهی نوری پایه است. همچنین SOA رفتار غیرخطی از خود نشان میدهد که در حالت کلی این رفتار غیرخطی SOA میتواند باعث به وجود آمدن مشکلاتی مانند جیرجیر کردن فرکانسی و ترکیبی از محصولات مدولاسیون نسل دوم و سوم گردد؛ اما از این اثرات غیرخطی برای ساخت سوئیچهای تمام نوری و گیتهای دیجیتالی تمام نوری استفاده میشود.
-1 مقدمه
ارتباطات را میتوان بهطور مشخصی بهعنوان انتقال اطلاعات از یک نقطهبهنقطهی دیگر تعریف کرد. در ارتباطات نوری دادهها بهوسیله نور منتقل میشوند. امروزه سیستمهای اپتیکی مورداستفاده درمجموع در نرخ بیت بالای 100 گیگابایت/ ثانیه بر اساس سیستمهای تقویتکننده نوری نیمههادی و تجهیزات همراه کار میکنند.فنّاوری تقویتکننده نوری نیمههادی به دلیل ظرفیتهایی ازجمله: پهنای باندتقریباً نامحدود قابلیت انجام هر نوع سرویس از سرویسهای ارتباطاتی رادار است. بهطورکلی تقویتکنندههای نوری را میتوان در دو کلاس دستهبندی کرد که در ادامه به شرح آنها پرداختهایم.
1؛-1 تقویتکنندههای فیبری
این نوع تقویتکنندهها برای تقویت پالسهای نوری تضعیفشده، در فواصل طولانی در مسیر تعبیه میشوند. برای ساخت این نوع فیبر مادهای مانند اربیوم بهعنوان افزودنی به ناحیه مرکزی فیبر اضافه میشود. در حین کار این قسمت از فیبر در حالت تحریک اتمی قرار داده میشود و هنگامیکه پالسهای تضعیفشده از این قسمت از فیبر عبور میکنند، با یک تبادل انرژی با اتمهای تحریکشده، تقویت میشوند و بدین طریق تلفات ناشی از انتشار جبران میشود .[1]-[3]
2؛-1 تقویتکننده نوری نیمههادی SOA1
این نوع تقویتکنندهها را میتوان معادل یک لیزر در نظر گرفت که در آن فیدبک کاواک2 بسیار ضعیف شده است و بهواسطهی فرآیند گسیل تحریکشده سیگنال ورودی در طول ناحیه فعال تقویت میشود. در ساختار SOA نور ورودی به ناحیه فعال وارد و در راستای یک موجبر فعال تقویت و از انتهای این موجبر خارج میشود.[4] هدف اصلی در استفاده از SOA دستیابی به نرخ بیت بالا و توانایی مجتمع شدن - به دلیل بسیار کوچک بودن - هست .[5]
-2 تاریخچهی کوتاه از SOA
تقویتکننده نوری نیمههادی یک افزاره فوتونیکی است که تحت شرایط عملیاتی مناسب سیگنال نوری را تقویت میکند [6], .[7] اولین تحقیقها دربارهی این تقویتکننده در سال 1960 بعد از اختراع لیزر نیمههادی بود؛ سپس زیدلر در سالهای 1970 تا 1980، آگراوال در سال 1987، رایلی در سال 1991 و کانلی در سال 2000 به ادامه تحقیقات پرداختند .[8], [9]
تقویتکننده نوری نیمههادی از خود اثرهای غیرخطی نشان میدهد که در سال 1989 آگراوال به بررسی یکی از اثرهای غیرخطی پرداخت.[10] بهعنوان یکی از کاربردهای اثر غیرخطی تقویتکننده نوری نیمههادی میتوان به ساخت گیتهای تمام نوری اشاره نمود. [11], [12] در پردازش و انتقال دادههای نوری، تقویتکنندههای نوری نیمههادی به دلیل بهرهی تقویت بالا، توان مصرفی کم، سرعتبالا و کوپل سادهتر - نسبت به روش الکتریکی - بسیار حائز اهمیت هستند .[13]-[17]
بیشتر تقویتکنندههای نوری تجاری ازنظروابستگی به قطبش مستقل هستند. امّا در برخی از افزارههای اپتیکی شاهد تفاوتهایی در شاخصهای TE و TM تقویتکننده هستیم؛ که بحث وابستگی تقویتکننده نوری نیمههادی به قطبش سیگنال را به وجود میآورد. ازجمله کاربردهای تغییر قطبش میتوان به دیمالتیپلکسر و مبدل طولموج اشاره نمود .[4], [18] در عمل گسترش فناوری SOA در آینده با منافع خاص در برنامههای کاربردی مانند سوئیچینگ نوری تبدیل طولموج انجام میگیرد. استفاده از مدارهای مجتمع نوری - PICS - در SOA توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است .[19]
-3 شرح اساس کار SOA
SOA یک دستگاه الکترونیک نوری است که تحت شرایط عملیاتی مناسب میتواند سیگنال ورودی نوری را تقویت کند. تفاوت تقویتکننده نوری نیمههادی با لیزر - نیمههادی - در حذف منعکسکنندهها است. شماتیک اساس کار یک SOA در شکل - 1 - نشان دادهشده است. در یک تقویتکننده نوری نیمههادی پس از اتصال منبع جریان و شارش بار الکتریکی، نور عبوری از تقویتکننده نوری در ناحیه فعال تقویت میشود.
تقویتکننده نوری نیمههادی سیگنال نوری ضعیف را از طریق گسیل برانگیخته تقویت میکند و در دو نوع تقویتکننده فابری-پرو و تقویتکننده موج متحرک است. اختلاف اصلی این دو نوع تقویتکننده در بازتاب نور در دیوارههای محفظه است که برای فابری پروتقریباً %30 و در نوع موج متحرک %0/01 در شکل - 2 - شماتیک آنها نشان دادهشده است. بازتابش بالا در دیوارههای فابری پرو باعث تشدید در تقویت میشود. درنتیجه پهنای باند باریکی در حدود 5GHz دارند .[4]
-4 مشخصات اساسی دستگاه SOA
رایجترین کاربرد SOA بهعنوان یک بلوک بهرهی نوری پایه است. برخی از مشخصات کاربردی SOA عبارتاند از:
· بهره و پهنای باند بالا.
· جنبههای - facets - منعکسشده قابلچشمپوشی هستند.
· قدرت خروجی اشباع بالا است.
· حساسیت پلاریزاسیون - قطبی شدگی - کم است.
· نویز افزودنی کم در حد تئوریک.
· غیر حساس به مشخصههای مدولاسیون سیگنال ورودی.
