光放大器

光放大器是放大的装置的光信号直接，而不需要首先将它转换成电信号。光学放大器可以被认为是没有光学腔的激光器，或者被抑制了来自腔的反馈的激光器。光放大器在光通信和激光物理学中很重要。它们被用作承载世界上许多电信链路的长距离光纤电缆中的光中继器。

有几种不同的物理机制可用于放大光信号，这与光放大器的主要类型相对应。在掺杂的光纤放大器和体激光器中，放大器增益介质中的受激发射会导致入射光放大。在半导体光放大器（SOA）中，发生电子-空穴复合。在拉曼放大器，拉曼散射入射光与声子在所述增益介质的晶格产生的光子与进入的光子相干的。

半导体光放大器（SOA）是使用半导体来提供增益介质的放大器。这些放大器的结构与Fabry-Pérot 激光二极管相似，但端面具有防反射设计元件。最近的设计包括抗反射涂层，倾斜的波导和窗口区域，它们可以将端面反射降低到0.001％以下。由于这会导致腔内的功率损耗大于增益损耗，因此会阻止放大器充当激光。SOA的另一种类型包括两个区域。一部分具有Fabry-Pérot激光二极管的结构，另一部分具有渐缩的几何形状，以降低输出面上的功率密度。

半导体光放大器通常由III-V族化合物半导体制成，例如GaAs / AlGaAs，InP / InGaAs，InP / InGaAsP和InP / InAlGaAs，尽管可以想到使用任何直接带隙半导体，例如II-VI。这种放大器通常以光纤尾纤组件的形式用于电信系统，工作于850 nm至1600 nm的信号波长，并产生高达30 dB的增益。

半导体光放大器尺寸小并且被电泵浦。它可能比EDFA便宜，并且可以与半导体激光器、调制器等集成。但是，性能仍然无法与EDFA媲美。SOA具有较高的噪声，较低的增益，适度的极化相关性和较高的非线性度，且瞬态时间很快。SOA的主要优点是可以进行所有四种类型的非线性运算（交叉增益调制、交叉相位调制、波长转换和四波混合）。此外，SOA可以使用低功率激光器运行。这源于较短的纳秒级或更短的较高状态寿命，因此，增益对泵浦或信号功率的变化会迅速做出反应，并且增益的变化还会引起相位变化，从而使信号失真。对于光通信应用来说，这种非线性提出了最严重的问题。但是，它提供了在与EDFA不同的波长区域中进行增益的可能性。已经开发出使用增益钳位技术的“线性光放大器”。

高光学非线性度使半导体放大器对所有光信号处理（如全光切换和波长转换）具有吸引力。对于作为光信号处理，波长转换，时钟恢复，信号多路分解和模式识别的元件的半导体光放大器已经进行了很多研究。