Hình 2. 6. Sơ đồ khối một SOA.
Khuếch đại quang bán dẫn (Semiconductor Optical Amplifier - SOA) là hệ khuếch đại tín hiệu quang với môi trƣờng khuếch đại sử dụng vật liệu bán dẫn. Hệ khuếch đại này có cấu trúc tƣơng tự nhƣ những diode laser Fabry-Perot, nhƣng đƣợc trang bị thêm các lớp chống phản xạ ở hai gƣơng của môi trƣờng khuếch đại (hệ số phản xạ nhỏ hơn 0.001%) để tránh cộng hƣởng tạo nên hiệu ứng laser.
Hoạt động của SOA dựa vào nguyên lý khuếch đại sóng chạy (traveling- wave) trong vùng điện tích không gian nằm giữa 2 vùng bán dẫn loại p và loại n.
34
Khi có dòng điện bơm cho SOA, các điện tử sẽ đƣợc bơm vào vùng dẫn (bán dẫn loại n) và lỗ trống bơm vào vùng hóa trị (bán dẫn loại p). Photon đến có bƣớc sóng thích hợp sẽ kích thích điện tử và lỗ trống tái hợp trong miền điện tích không gian và sẽ phát xạ thêm một photon nữa có cùng tần số và pha với photon đến, nhƣ vậy tín hiệu quang đã đƣợc khuếch đại.
Các hệ khuếch đại quang bán dẫn đƣợc làm từ hợp chất bán dẫn nhƣ GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP, các vật liệu này có thể khuếch đại quang trong vùng bƣớc sóng từ 0.85 µm đến 1.6 µm. Bƣớc sóng khuếch đại của SOA phụ thuộc vào độ rộng vùng cấm và có thể thay đổi tùy theo loại vật liệu bán dẫn. Các loại khuếch đại quang bán dẫn dùng trong thông tin quang sợi là loại có phổ khuếch đại trong vùng bƣớc sóng 1310 nm và 1550 nm.
Những ƣu điểm của SOA:
- Băng tần khuếch đại khá rộng 40 nm – 80 nm. - Kích thƣớc nhỏ gọn và dễ bảo trì.
Nhƣợc điểm của SOA:
- Đặc điểm của SOA là vùng không gian khuếch đại dẫn sóng có chiều dài khá bé (cỡ mm) nên khó đạt đƣợc hệ số khuếch đại cao (G < 16 dB).
- Công suất tín hiệu quang lối ra thấp (P < 10 dBm). - Hệ số tạp âm NF khá cao (NF ~ 7 - 10 dB ).
- Nhạy cảm với phân cực ánh sáng của tín hiệu quang, nên công suất quang lối ra không ổn định.
- Các hiệu ứng phi tuyến nhƣ hiện tƣợng xuyên kênh, trộn 4 sóng xảy ra khá mạnh. Transmitter Booster Amp Receiver Preamp Fiber In-line Amp
35
Các ứng dụng cơ bản của SOA trong các hệ thống thông tin quang có thể phân thành ba loại: khuếch đại công suất để tăng công suất phát của laser, khuếch đại đƣờng truyền để bù suy hao truyền dẫn của sợi quang và tiền khuếch đại để cải thiện độ nhậy thu.