半導(dǎo)體光放大器SOA原理及應(yīng)用

1.半導(dǎo)體光放大器SOA原理

SOA(Semi-conductor Optical Amplifier)半導(dǎo)體光放大器是采用應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)的PN結(jié)器件，外部正向偏壓形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，外部光進(jìn)入后導(dǎo)致受激輻射，形成光信號放大。

半導(dǎo)體光放大器SOA原理

優(yōu)點(diǎn)：具有支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成

缺點(diǎn)：不同波長通道間存在交叉增益調(diào)制與非線性相互作用，偏振敏感性，增益飽和性

SOA與EDFA（摻鉺光纖放大器）相比，商用器件部分指標(biāo)弱于EDFA，但SOA仍有EDFA無法替代的特性，如其可支持O-band（1260~1360）,E-band（1360~1460）,L-band（1460~1530）的放大，且有成本低，體積小易集成等特點(diǎn)，在新基建時代，SOA將會在接入網(wǎng)和城域網(wǎng)邊緣，以及光纖傳感、激光雷達(dá)、眼科成像等領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。

EDFA與SOA對比

2.半導(dǎo)體光放大器SOA市場應(yīng)用

隨著SOA輸出光功率、小信號增益、增益偏振靈敏度、噪聲指數(shù)等性能的提升，半導(dǎo)體光放大器SOA將在全光網(wǎng)絡(luò)通信和傳感網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重要的作用。SOA除了可以滿足1310nm波段的放大，在一些1550nm波段的單級放大領(lǐng)域SOA已可完全替代EDFA。

2.1.半導(dǎo)體光放大器SOA在運(yùn)營商光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，帶寬需求激增，在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)邊緣，需要100G（4*25G CWDM4/LWDM4）高速傳輸，在縣鄉(xiāng)傳輸、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)邊緣傳輸距離通常為5~40km。此時成本最優(yōu)方案為100G（4*25G） LWDM4+SOA方案，使用4*25G的LWDM波長復(fù)用為100G，再配合SOA提升鏈路余量。

在5G基站前傳場景，在一些基站拉遠(yuǎn)距離較遠(yuǎn)的場景，可以使用光模塊式的SOA，提升光功率余量，實(shí)現(xiàn)基站拉遠(yuǎn)1310nm波段和1550nm波段的25G信號速率的弱光改造。

同樣的，隨著家庭寬帶逐漸升級為WDMPON方案，SOA可助力WDM PON的廣泛部署，提高WDM PON網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和傳輸距離。

在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，既可以將SOA集成到光模塊的ROSA或TOSA中，也可以使用獨(dú)立的SOA設(shè)備或SOA光模塊進(jìn)行放大。

半導(dǎo)體光放大器SOA在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

2.2半導(dǎo)體光放大器SOA網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場的應(yīng)用

這是半導(dǎo)體光放大器SOA的傳統(tǒng)應(yīng)用，目前隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)的數(shù)據(jù)分流監(jiān)控需求逐漸增加，其通常為在核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分光監(jiān)測，分光下來的信號通常很弱，需要使用光放大器，而100G業(yè)務(wù)有很多為1310波長，只能采用SOA進(jìn)行放大。

本場景是目前SOA放大應(yīng)用最廣也是最成熟的應(yīng)用。

半導(dǎo)體光放大器SOA在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場的應(yīng)用

2.3半導(dǎo)體光放大器SOA在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)DCI中的應(yīng)用

隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心之間高帶寬互聯(lián)需求逐漸增加。針對高速業(yè)務(wù)，由于可使用SOA進(jìn)行光信號中繼放大，提升鏈路光功率余量，延長傳輸距離。SOA既可以應(yīng)用于1310波段可以應(yīng)用于1550波段的高速業(yè)務(wù)光信號放大。

半導(dǎo)體光放大器SOA在DCI數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中的應(yīng)用半導(dǎo)體光放大器SOA在DCI數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中的應(yīng)用

這個市場通常使用獨(dú)立的SOA半導(dǎo)體光放大機(jī)架式設(shè)備，近期見合八方已推出CFP2形態(tài)的uSOA，目前正在研制QSFP28和SFP形態(tài)的SOA。

2.4半導(dǎo)體光放大器SOA在分布式光纖傳感中的應(yīng)用

SOA具有優(yōu)良的頻率響應(yīng)特性和較高的消光比，可作為光開關(guān)或調(diào)制器使用。隨著SOA技術(shù)的不斷提升，目前在大部分場景中已可替代聲光調(diào)制器AOM，用于獲得高消光比的窄脈沖激光光源。天津見合八方光電的1550nm SOA消光比最高可達(dá)65dB。

半導(dǎo)體光放大器SOA在光纖傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.5半導(dǎo)體光放大器SOA在激光雷達(dá)LiDAR系統(tǒng)中應(yīng)用

TOF激光雷達(dá)和FMCW激光雷達(dá)基本原理如下圖所示，半導(dǎo)體光放大器SOA主要應(yīng)用于激光雷達(dá)中的光源部分。天津見合八方光電的SOA芯片飽和輸出光功率可達(dá)23dBm，用于提高1550nm窄線寬激光器的發(fā)射光功率，滿足激光雷達(dá)長距探測需求；同時與EDFA相比，芯片式的SOA可直接集成光源中，從而使得激光雷達(dá)更小巧輕便，滿足車載、無人機(jī)測繪等對體積重量要求較高的場景應(yīng)用。

TOF LiDAR基本原理調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)FMCW LiDAR基本原理

2.6半導(dǎo)體光放大器SOA在OCT相干眼科成像中的應(yīng)用

OCT學(xué)名叫光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)，是20世紀(jì)90年代初期發(fā)展起來的一種新型非接觸性的無創(chuàng)光學(xué)影像診斷技術(shù)，是利用眼內(nèi)不同的組織對入射光素的反射性不同，從而顯示眼睛組織的結(jié)構(gòu)和它們之間的距離，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理以后，形成偽彩或灰度，來顯示組織的斷面結(jié)構(gòu)。1050nm(水對這個波長吸收少）的半導(dǎo)體光放大器SOA可集成在OCT成像設(shè)備的光源中，用于提高光源輸出光功率，進(jìn)而提高檢測靈敏度，天津見合八方光電的1050nm半導(dǎo)體光放大器飽和光功率可達(dá)23dBm。

半導(dǎo)體光放大器SOA在OCT相干眼科成像設(shè)備中的應(yīng)用

見合八方公司和產(chǎn)品介紹

天津見合八方光電科技有限公司，依托于清華大學(xué)天津電子院光電集成微系統(tǒng)研究所，由北京見合八方與清華大學(xué)天津電子院于2019年合作成立。是一家致力于光子集成技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè)，目前已推出全系列SOA產(chǎn)品，包括1050nm，1310nm和1550nm SOA芯片、SOA COC、SOA蝶形器件等。目前SOA芯片全流程國內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，自主可控，在性能上已達(dá)國際先進(jìn)水平，通過了多個國內(nèi)主流廠家的驗(yàn)證和試用，目前已批量供貨。

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