半导体光放大器件

半导体光放大器是一种把发光器件一一半导体激光器结构作为放大装置使用的器件因为具有能带结构所以其增益带宽比采用光纤放大器的宽。另外通过改变所使用的半导体材料的组成可以使波长使用范围超过100nm,这是半导体光放大器的一个突出特点。半导体光放大器由有源区和无源区构成,如图1所示,有源区为增益区,使用Inp这样的半导体材料制作,与半导体激光器的主要不同之处是SOA带抗反射涂层,以防止放大器端面的反射,排除共振器功效。抗反射涂层就是在端面设置单层或多层介质层。以平面波人射单层介质层时,抗反射膜的条件相对于厚度为 1/4波长。实际的放大器,传输光是数微米的点光,可以研究假想波导模严格的无反射条件。去除端面反射影响的另一种方法,也可以采用使端面倾斜的方法和窗结构。把光放大器作为光通信中继放大器使用,入射光的偏振方向是无规则的,最好是偏振波依赖性小的放大器。为了消除这种偏振波依赖性,可以引人运用窄条结构使激活波导光路近似正方形断面形状的方法和施加抗张应力,以增大TM波增益的应变量子阱结构。目前,实现偏振无关半导体光放大器的方法有很多种,如张应变量子阱结构、应变补偿结构、同时采用张应变量子阱和压应变量子阱的混合应变量子阱结构等。图2为采用脊型波导结构的应变量子阱光放大器基本结 构图。有源区4C3T采用混合应变量子阱结构,即4个压应变量子阱,3个张应变量子阱,压应变和张应变量子阱之间用与Ipn晶格匹配的宽的IaGaAsP垒层隔开上下波导层分别为波长1.15um的IaGaAsP匹配材料包层为p型Inp,接触层为重P型掺杂IaGaAsP材料,材料的外延法生长过程中,n型掺杂源为硅烷,p型掺杂源为二甲基锌材料;生长完成后,采用标准的光刻、反应离子刻蚀、湿法腐蚀、蒸发、溅射等工艺制作脊型波导结构。

早在半导体激光器出现时，就开始了对SOA的研究，但由于初期的半导体材料激光放大器偏振灵敏度较高，使得SOA一度沉寂。但近几年来应变量子阱材料的研制成功，克服了偏振敏感的缺点，性能也有许多改进。半导体光放大器的增益可以达到30dB以上，而且在1310nm窗口和1550nm窗口上都能使用。如能使其增益在相应使用波长范围保持平坦，那么它不仅可以作为光放大的一种有益的选择方案，还可促成l310nm窗口WDM系统的实现。

SOA的优点是:结构简单、体积小，可充分利用现有的半导体激光器技术，制作工艺成熟，成本低、寿命长、功耗小，且便于与其他光器件进行集成。另外，其工作波段可覆盖l.3~1.6/μm波段，这是EDFA或PDFA所无法实现的。但最大的弱点是与光纤的耦合损耗太大，噪声及串扰较大且易受环境温度影响，因此稳定性较差。SOA除了可用于光放大外，还可以作为光开关和波长变换器。