Physics 版 (精华区)

                          半导体光放大器


    半导体光放大器是一种光直接放大器，其基本原理是利用受激辐射对进
入增益介质的光信号进行直接放大。它的结构相当于一个处于高增益状态下
的无谐振腔的半导体激光器。半导体光放大器就其工作方式而言，可以分为
三种形式：法布里-珀罗谐振腔式光放大器（FPSOA），注入锁定式光放大器
（ILSOA）和行波式光放大器（TWSOA）。三种半导体光放大器中只有行波式
光放大器具有实际应用价值。

    1962年半导体激光器诞生后，西门子公司开始研究半导体光放大器。但
由于一系列问题（如器件的性能无法提高，光纤耦合难以解决，增益带宽太
窄等）使得研究工作一再中断。1980年双异质结半导体激光器实现室温工作
后，认识到半导体光放大器在光纤通信中的重要性，日本NTT公司开始实质
性研究，先后研究出FPSOA和TWSOA。1985年BTRL研究出有封装结构的TWSOA，
1988年以后商用半导体光放大器面市。

    然而正在此时，英国南开普顿大学等研究出光纤放大器（EDFA），并在
净增益、噪声指数、偏振灵敏度、饱和输出功率等方面明显优于TWSOA，
达18dBm，增益带宽为60nm，偏振灵敏度<0.5dB噪声指数7dB，而增益波动小于
0.5dB。

    半导体激光放大器在光纤通信系统中的应用结果将比人们所预料的快得多、
好得多。半导体光放大器能完成EDFA的功能，（如前置放大、功率放大、中继
放大）。半导体激光放大器为直接电注入器件量子效率高、功耗小、价格便宜，
能成为光子集成（PIC）器件的重要组成部分。应变量子阱结构又使它的性能指
标大幅度提高。显然，在全世界已铺设6亿多公里的G652光纤的系统中（我国目
前几乎都是G652光纤系统），1310nm波段的光放大器显然是重要的。考虑到次
波段的掺镨光纤放大器目前尚存在难以克服的技术困难，比较客观地认为，在
此波段的光放大器当首推半导体光放大器。如用1310nm应变量子阱前置放大器
在2.5Gb/s的速率下，接收机的灵敏度达-38.2dBm，在这种情况下用APD的接收
灵敏度为-34dBm。在1310nmG652光纤孤子传输试验中，在20Gb/s下传输了200km
（放大器间隔50km）；由于应变量子阱光放大器的饱和输出功率可达18dBm；因
此它可提高发射机功率到11～16dBm，用它作功率放大或功率助推器（booster）
是很有吸引力的。

    需要特别强调的是，近年来半导体光放大器的非线性应用的研究获得重大进
展。它在波长转换、光开关等方面已显示出应用潜力。利用半导体激光放大器交
叉增益调制、交叉相位调制或四波混频效应，可以将某一波长上的信号转换到同
时输入的另一连续波段上。这在光纤通信的WDM中很有用处，它可减少所需波长
激光器的数量。同时可以将这种转换器置于网络接点上实现开关功能。在这些方
达18dBm，增益带宽为60nm，偏振灵敏度<0.5dB噪声指数7dB，而增益波动小于
0.5dB。

    半导体激光放大器在光纤通信系统中的应用结果将比人们所预料的快得多、
好得多。半导体光放大器能完成EDFA的功能，（如前置放大、功率放大、中继
放大）。半导体激光放大器为直接电注入器件量子效率高、功耗小、价格便宜，
能成为光子集成（PIC）器件的重要组成部分。应变量子阱结构又使它的性能指
标大幅度提高。显然，在全世界已铺设6亿多公里的G652光纤的系统中（我国目
前几乎都是G652光纤系统），1310nm波段的光放大器显然是重要的。考虑到次
波段的掺镨光纤放大器目前尚存在难以克服的技术困难，比较客观地认为，在
此波段的光放大器当首推半导体光放大器。如用1310nm应变量子阱前置放大器
在2.5Gb/s的速率下，接收机的灵敏度达-38.2dBm，在这种情况下用APD的接收
灵敏度为-34dBm。在1310nmG652光纤孤子传输试验中，在20Gb/s下传输了200km
（放大器间隔50km）；由于应变量子阱光放大器的饱和输出功率可达18dBm；因
此它可提高发射机功率到11～16dBm，用它作功率放大或功率助推器（booster）
是很有吸引力的。

    需要特别强调的是，近年来半导体光放大器的非线性应用的研究获得重大进
展。它在波长转换、光开关等方面已显示出应用潜力。利用半导体激光放大器交
叉增益调制、交叉相位调制或四波混频效应，可以将某一波长上的信号转换到同
时输入的另一连续波段上。这在光纤通信的WDM中很有用处，它可减少所需波长
激光器的数量。同时可以将这种转换器置于网络接点上实现开关功能。在这些方
面的应用研究国外已做了不少工作，关键是如何提高其消光比。


    在考虑半导体激光放大器的应用前景时，它的价格、功耗也颇具吸引力。它
的价格只会是 EDFA的1/2～1/3，功耗只是EDFA的1/10～1/20。

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※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.92]

※ 修改:．zjliu 於 Jul  7 22:25:10 2003 修改本文．[FROM: 202.118.229.92]