SOA：光放大器和光開(kāi)關(guān)的集成化 - 筱曉光子AOL實(shí)驗室③

光放大器的問(wèn)世是光通信發(fā)展史的一塊重要里程碑。在沒(méi)有光放大器的年代，想要克服遠程通信的光功率衰減問(wèn)題，則必須要設立專(zhuān)門(mén)的中繼點(diǎn)，先將微弱的光信號轉化為電信號，將電信號在電路中放大，再將電信號調制到新的載波激光上繼續進(jìn)行遠程傳輸，從而變相地實(shí)現了光放大。

這種光-電-光的結構成本高，能耗大，而且只能針對單個(gè)信道。光放大器出現后，這種光-電-光系統只需要一個(gè)光放大器替代即可。它不但同時(shí)支持多個(gè)信道的直接放大，而且成本較低，結構也簡(jiǎn)單。

 光纖放大器原理圖 

光放大器的功能是提供光信號的增益，對輸入的種子光功率進(jìn)行放大，并盡可能地保持激光的其他參數不變。在泵浦作用下，光放大器的增益介質(zhì)實(shí)現粒子數反轉，在種子光的作用下進(jìn)行受激輻射，這就是光放大器的原理，拉曼放大器等非線(xiàn)性放大器除外。從某種意義上講，光放大器就是一臺沒(méi)有形成震蕩反饋激光器。

市面上的光放大器主要分為三類(lèi)：摻雜光纖放大器、半導體光放大器、光纖拉曼放大器。

其中摻雜光纖放大器在不同波段又分為EDFA(1550 nm)、PDFA(1300 nm)、TDFA(1400 nm)、YDFA(1000 nm)等。如今，EDFA已憑借著(zhù)它的高增益，高穩定性，成為了光纖通信中的模塊之一。半導體光放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)SOA，它的結構和普通半導體激光二極管非常相似，也是一種重要的光放大器。SOA的放大增益在20dB左右，輸出飽和功率范圍在10dB左右，這兩個(gè)指標都不如摻雜光纖放大器。但是，SOA也有它的優(yōu)勢：

1、集成度高。這是SOA可以與光纖放大器抗衡的一大原因。它體積小，成本低，又具有半導體器件具備的可集成性，可以直接集成在很多器件的電路板上。

 SOA產(chǎn)品圖 

2、工作波段。SOA的工作波段主要在850 nm、1300 nm、1550 nm。雖然在1550 nm波段，EDFA已經(jīng)非常成熟，但是在沒(méi)那么成熟的1300 nm、850 nm波段，SOA還是具有一席之地的。

3、光開(kāi)關(guān)。這也是SOA的產(chǎn)品特性之一。它除了能提供光增益以外，還可以同時(shí)作為一個(gè)高速光開(kāi)關(guān)使用。打開(kāi)電流泵浦，SOA放大光，關(guān)閉電流泵浦，SOA抑制光。如果我們將信息轉化為電流信號，還可以直接通過(guò)SOA對激光進(jìn)行調制。為什么SOA可以作為光開(kāi)關(guān)，EDFA卻不行呢？也不是不行，只是摻雜光纖中載流子壽命很長(cháng)，SOA的調制速率是它所遠不能及的。

 SOA光脈沖調制圖 

SOA可以理解為一個(gè)高度集成化的光調制和光放大器串聯(lián)模塊，我們嘗試將其放在了光纖分布式振動(dòng)傳感系統（DVS）中（詳見(jiàn)之前的公眾號文章），替代了原本的EDFA和AOM器件，降低了成本，簡(jiǎn)化了系統結構，仍有不錯的實(shí)驗效果。

 DVS系統原理圖