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什么是光放大器?光放大器的工作原理与市场分析

2017-05-16
类别:行业趋势
eye 586
文章创建人 拍明

  简言之,就是他们发射激光的介质材料不同。光纤激光器使用的增益介质是光纤,半导体激光器使用的增益介质是半导体材料,一般是砷化镓,铟镓申等。(同理,固体激光器的增益介质一般是晶体或者玻璃,陶瓷等。气体的就是使用氦氖气,二氧化碳等。)半导体激光器的发光机理是粒子在导带和价带之间跃迁产生光子,因为是半导体,所以使用电激励即可,是直接的电光转换。而光纤不能够直接实现电光转换,需要用光来泵浦增益介质(一般用激光二极管泵浦),它实现的是光光转换。

  光纤激光器散热好,一般风冷即可。半导体激光器受温度影响非常大,当功率较大是,需要水冷。

  光纤激光器与固体激光器的特点区别

  光纤激光器,结构小巧,性能稳定,不易受外界干扰,易操作、维护,光束质量差,性噪比差,峰值功率难以做高。

  固体激光器,体积大,易受到外界振动、温度变化等因素干扰,稳定性差,难维护,且维护成本高,但输出峰值功率可以很高,光束质量好,性噪比高。

  光纤激光器和光纤放大器的区别

  从结构上看,激光器需要谐振腔,泵浦源,而放大器只需要泵浦,无需产生震荡。

  激光器是由泵浦光转换成激光,之后激光不断震荡放大,而放大器需要在前期注入信号激光,其作用是放大该信号激光。

  激光器是光源,可以直接发光,输出光信。通过输入的电信号控制激光器开关,就把输入的电信号调制成了光信号,然后输出光信号。

  光放大器,不是光源。它将外部输入的电能转换成泵浦光,当有信号光入射时,在入射光的刺激下,泵浦光的能级发生跃迁,将泵浦光的能量转移到信号光上,将信号光功率进行加强,起到放大信号光的作用。

  光纤激光器与普通激光器的明显差别

  光纤激光器是激光器的一种。所谓光纤激光器,就是采用光纤作为激光介质的激光器。

  光纤激光器有很多优点如结构简单,散热性能好,转换效率高,成本低,易于制作,而且工作波长对目前和将来的某些应用尤为重要,例如在光通讯,材料加工,医学,传感器和光谱学等领域,对经济和社会发展起到了巨大的推动作用。

  飞秒光纤激光器与飞秒脉冲激光器的差别

  飞秒光纤激光器是主体以光纤为基础,包括光纤做成的增益介质,光纤做成的锁模谐振器等等,制造的飞秒脉冲激光器。

  飞秒脉冲激光器指的是所有能够产生飞秒脉冲激光的激光器,包括飞秒光纤激光器,飞秒半导体激光器,飞秒调Q激光器,等等。

  调Q光纤激光器与脉冲光纤激光器有哪些异同

  调Q光纤激光器就是脉冲光纤激光器的其中一种,他是利用声光调制器等光开关器件,对光路中增益损耗进行控制,实现瞬间高能激光输出,是一种主动锁模技术。调Q光纤激光器和脉冲光纤激光器是从属关系,脉冲光纤激光器包括调Q光纤激光器,所以,没有任何不同,如果不同就不是从属关系了,就好比,男人和人有什么区别?男人和人没有区别,因为男人就是人,人就包括男人,就是从属关系。非要说不同,只能说光纤激光器是个大范围,包括的比调Q激光器范围大,比如还有环形腔光纤脉冲激光器,8字型腔光纤脉冲激光器,全正色散光纤脉冲激光器,碳纳米管光纤激光器等等!

  综上所述,本文已为大家分析了光纤激光器与半导体激光器、固体激光器、光纤放大器、普通激光器等的区别。希望大家能掌握好本章的知识,能在工作上学以致用!

  半导体光放大器

  1.半导体光放大器的工作原理

  由半导体激光器的相关知识可知,由一些半导体材料形成的PN结有源区,在入射光子的作用下会发生受激辐射而产生光放大,半导体的这种光放大作用是制作半导体激光器的基础。由于半导体激光器的两端面形成了F—P(法布里珀罗)谐振腔,它起到对光信号选择合适的波长并提供光学正反馈作用。而半导体光放大器与半导体激光器所不同的是,它没有谐振腔(半导体光放大器的PN结有源区两端面涂有抗反射膜,形成透明区,不发生反射)。因而,通过半导体光放大器的光波为行波。图3—69为半导体光放大器的工作原理示意图。

  当向半导体光放大器中注入正向电流,并达到一定值时,N区自由电子增多并不断进入PN结 中与空穴复合,以光子形式释放能量。该光子在输入光信号的感应下形成受激辐射,使释放出的光子和入射光子同频、同向、同相位、同偏振方向、同模式并在光子 不断前进中继续受感应而产生受激辐射,进而产生更多的新的光子,使输入光信号得到放大。放大器的增益是沿着有源区的长度按指数增长的,而且注入电流越大, 产生的光子数越多。一个光放大器输出的最大功率取决于注入电流的大小。当保持注入电流不变,而不断增大输入信号强度时,放大器的增益将不能恒定,放大器增 益较小信号增益减小3dB时,对应的放大器输出光功率值称为输出饱和功率,这种现象称为增益饱和效应。

  以上讨论的放大器特性是对没有反馈的光放大器而言的,这种放大器被称作行波放大器。半导体激光器由于在解理面产生的反射而具有相当大的反馈。当注入电流低于阈值时,它被作为放大器使用,但是必须考虑在法布里珀罗腔体界面上的多次反射。这种放大器就称为F—P腔放大器。如图3—70所示,入射光从左端面进入,通过具有增益的有源层介质之后到达右端面,部分从端面反射,大部分从端面出射。反射光反向通过有源层至左端面,又经过一次放大,部分从左端面出射,其余部分又从左端面反射,再次通过有源层得到放大,如此反复,使反射光得到多次放大。

  2.半导体光放大器的特性

  半 导体光放大器所能辐射出的光频率由有源区的材料决定,因此放大器输入光频率应与半导体光放大器所能辐射的光波段相一致。可以通过适当选择半导体材料来得到 所需光波段的放大器。由于半导体行波放大器所用半导体材料的增益谱宽较宽,因此在一个较宽的光频率范围内,半导体光放大器都有放大作用,即它可以在很宽的 频带进行放大。光放大器的最大增益波长,随着注入电流的增加而略向短波长侧移动。

  半导体光放大器的一个缺点是对偏振态非常敏感,即增益与输入光的偏振方向有关。输入光的偏振方向在与结平面垂直时的增益比偏振方向与结平面平行的增益约高6dB。偏振灵敏性是半导体光放大器应用中的一个限制因素,应设法尽量减少。为使两个方向的增益一致,可以把两个光放大器串联并使二者结平面相互垂直,如图3—71所示。但从应用的角度来看,为了降低偏振态灵敏性,改变半导体光放大器的设计结构比较可取。可以采用宽度和厚度可比拟的有源层设计,使TE模和TM模的增益差减小。

什么是光放大器?光放大器的工作原理与市场分析.jpg

  半导体光放大器既可以在光纤通信系统中作为串级全光中继放大器和光接收机 前置放大器,也可以在局域网中作为分支损耗补偿放大器;既可以用于强度调制直接检测光纤通信系统,也可以用于相干光通信系统,并都取得了满意的结果。行波 半导体放大器具有高增益、高输出功率、高带宽的特点,特别适合于用作波分复用光纤通信系统中多路光信号直接放大,也可用在高比特率光纤通信系统中对超短光 脉冲进行直接放大。但是半导体光放大器作为中继放大器和功率放大器同时放大多信道信号时,其非线性特性(如交叉相位调制和四波混频等)将变得十分突出,从 而影响到通信系统的整体性能。

  虽然半导体光放大器在光纤通信系统中具有一定的应用前景,但其增益输出功率瞬态特性、非线性失真、偏振灵敏性和连接损耗等诸多特性,均不如掺铒光纤放大 器。因此,目前光纤通信系统中均普遍采用掺铒光纤放大器作为光放大器。但是半导体光放大器的非线性效应却在全光信号处理中有着重要的应用。例如,可利用其 非线性特性产生的波长变换功能做成全光网中节点的波长路由器。

  光纤通信行业研究预测机构ElectroniCast公司,日前推出的半导体光放大器(SemiconductorOpticalAmplifierSOA)全球市场预测及分析报告显示,单片多模集成SOA将主导SOA全球市场。

  半导体光放大器(SOA)在光纤通信系统中有着广泛的应用,可做光发射机的功率放大器、在线中继放大器、光接收机的前置放大器和光分路补偿放大器,且还可以作为非线性器件用于光开关和波长转换器等光信号处理模块。

  SOA体积小,适合与其他器件一起做成功能强大的光集成器件或模块。

  其有分布式SOA和单片多模集成SOA。预计2012年,全球单片多模集成SOA将占SOA整体市场的71%,到2017年其份额将上升到82%

  半导体光放大器(SOA)是一种由半导体材料作为增益介质的光放大器。其结构类似于半导体激光器,但在端面有一个抗反射设计(采用工艺方法使有源层与反射面倾斜或使反射面的反射率降低),因而不会形成激光振荡,成为一个光放大器件。

  半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与有源层的介质特性。其优点是体积小,缺点是噪声大,带宽小,增益不高。典型SOA的增益为10~20dB,输出功率10mw,工作波长为1300nm1500nm

  当前针对半导体光放大器领域,已经有相当多的研究,主要都是基于半导体光放大器的非线性理论的研究。SOA的非线性效应主要有交*增益调整(XGM)、交*相位调制(XPM)、交*偏振调制、四波混频(FWM)。光学非线性特性为SOA提供了各种优势,利用这些特性我们可以得到,如波长变换,全光逻辑门,光开关,产生光学相位共轭光,全光再生器,时钟复变等应用。

 



责任编辑:Davia

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