무엇이반도체 광 증폭기
반도체 광 증폭기(SOA)는 반도체 이득 매질을 사용하는 광 증폭기의 한 종류입니다. 레이저 다이오드와 유사하지만, 하단의 거울 대신 반사 방지 코팅이 사용된 형태입니다. 신호광은 반도체 단일 모드 도파관을 통해 전달됩니다. 도파관의 횡방향 크기는 1~2 마이크로미터이고 길이는 0.5~2mm 정도입니다. 도파관 모드는 전류가 인가되는 활성(증폭) 영역과 상당 부분 중첩됩니다. 주입된 전류는 전도대에 특정 캐리어 농도를 생성하여 전도대에서 가전자대로의 광학적 전이를 가능하게 합니다. 최대 이득은 광자 에너지가 밴드갭 에너지보다 약간 클 때 발생합니다. SOA 광 증폭기는 일반적으로 통신 시스템에서 피그테일 형태로 사용되며, 동작 파장은 약 1300nm 또는 1500nm이고 약 30dB의 이득을 제공합니다.
그만큼SOA 반도체 광 증폭기이는 변형 양자 우물 구조를 갖는 PN 접합 소자입니다. 외부 순방향 바이어스는 유전체 입자의 배열을 반전시킵니다. 외부 여기광이 입사되면 유도 복사가 발생하여 광 신호 증폭이 이루어집니다. 위의 세 가지 에너지 전달 과정이 모두 존재합니다.SOA 광 증폭기광 신호 증폭은 유도 방출을 기반으로 합니다. 유도 흡수와 유도 방출 과정은 동시에 발생합니다. 펌프광의 유도 흡수는 전하 운반체의 회복을 가속화하는 데 사용될 수 있으며, 동시에 전기 펌프는 전자를 높은 에너지 준위(전도대)로 보낼 수 있습니다. 자발 방출이 증폭될 때, 증폭된 자발 방출 잡음이 발생합니다. SOA 광 증폭기는 반도체 칩을 기반으로 합니다.
반도체 칩은 GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP, InP/InAlGaAs 등과 같은 화합물 반도체로 구성됩니다. 이러한 재료는 반도체 레이저를 만드는 데에도 사용됩니다. SOA의 도파관 설계는 레이저와 동일하거나 유사합니다. 차이점은 레이저의 경우 광 신호의 발진을 생성하고 유지하기 위해 이득 매질 주위에 공진 공동을 형성해야 한다는 점입니다. 광 신호는 출력되기 전에 공동 내에서 여러 번 증폭됩니다.SOA 증폭기(여기서 논의하는 내용은 대부분의 응용 분야에서 사용되는 진행파 증폭기에 한정됩니다.) 빛은 이득 매질을 한 번만 통과하면 되므로 역반사가 최소화됩니다. SOA 증폭기 구조는 P 영역, I 영역(활성층 또는 노드), N 영역의 세 부분으로 구성됩니다. 활성층은 일반적으로 양자 우물로 이루어져 있으며, 이를 통해 광전 변환 효율을 향상시키고 문턱 전류를 낮출 수 있습니다.
그림 1. 광 펄스 생성을 위한 SOA가 통합된 파이버 레이저
채널 전송에 적용됨
SOA는 일반적으로 증폭에만 사용되는 것이 아니라 광섬유 통신 분야에서도 활용될 수 있습니다. 포화 이득이나 교차 위상 편광과 같은 비선형 프로세스를 기반으로 하는 응용 분야에서는 SOA 광 증폭기 내의 캐리어 농도 변화를 이용하여 굴절률을 변화시킵니다. 이러한 효과는 파장 분할 다중화 시스템에서 채널 전송(파장 변환), 변조 형식 변환, 클록 복구, 신호 재생 및 패턴 인식 등에 적용될 수 있습니다.
광전자 집적 회로 기술의 발전과 제조 비용 절감에 따라 SOA 반도체 광 증폭기는 기본 증폭기, 기능성 광학 장치 및 서브시스템 구성 요소로서 응용 분야가 지속적으로 확대될 것입니다.
게시 시간: 2025년 6월 23일