半导体光放大器SOA原理及应用

1.半导体光放大器SOA原理

SOA(Semi-conductor Optical Amplifier)半导体光放大器是采用应变量子阱结构的PN结器件，外部正向偏压形成粒子数反转，外部光进入后导致受激辐射，形成光信号放大。

优点：具有支持高速、高带宽、低功耗、高增益、小型化、易于集成

缺点：不同波长通道间存在交叉增益调制与非线性相互作用，偏振敏感性，增益饱和性

SOA与EDFA（掺铒光纤放大器）相比，商用器件部分指标弱于EDFA，但SOA仍有EDFA无法替代的特性，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，体积小易集成等特点，在新基建时代，SOA将会在接入网和城域网边缘，以及光纤传感、激光雷达、眼科成像等领域获得大规模应用。

2.半导体光放大器SOA市场应用

随着SOA输出光功率、小信号增益、增益偏振灵敏度、噪声指数等性能的提升，半导体光放大器SOA将在全光网络通信和传感网络中发挥越来越重要的作用。SOA除了可以满足1310nm波段的放大，在一些1550nm波段的单级放大领域SOA已可完全替代EDFA。

2.1.半导体光放大器SOA在运营商光传输网络中的应用

随着5G网络的建设，带宽需求激增，在接入网、城域网边缘，需要100G（4*25G CWDM4/LWDM4）高速传输，在县乡传输、接入网、城域网边缘传输距离通常为5~40km。此时成本最优方案为100G（4*25G） LWDM4+SOA方案，使用4*25G的LWDM波长复用为100G，再配合SOA提升链路余量。

在5G基站前传场景，在一些基站拉远距离较远的场景，可以使用光模块式的SOA，提升光功率余量，实现基站拉远1310nm波段和1550nm波段的25G信号速率的弱光改造。

同样的，随着家庭宽带逐渐升级为WDMPON方案，SOA可助力WDM PON的广泛部署，提高WDM PON网络的覆盖范围和传输距离。

在运营商网络的应用，既可以将SOA集成到光模块的ROSA或TOSA中，也可以使用独立的SOA设备或SOA光模块进行放大。

2.2半导体光放大器SOA网络监控市场的应用

这是半导体光放大器SOA的传统应用，目前随着数据业务的飞速发展，国内的数据分流监控需求逐渐增加，其通常为在核心网络节点进行分光监测，分光下来的信号通常很弱，需要使用光放大器，而100G业务有很多为1310波长，只能采用SOA进行放大。

本场景是目前SOA放大应用最广也是最成熟的应用。

2.3半导体光放大器SOA在数据中心互联DCI中的应用

随着大数据的发展，数据中心之间高带宽互联需求逐渐增加。针对高速业务，由于可使用SOA进行光信号中继放大，提升链路光功率余量，延长传输距离。SOA既可以应用于1310波段可以应用于1550波段的高速业务光信号放大。

这个市场通常使用独立的SOA半导体光放大机架式设备，近期见合八方已推出CFP2形态的uSOA，目前正在研制QSFP28和SFP形态的SOA。

2.4半导体光放大器SOA在分布式光纤传感中的应用

SOA具有优良的频率响应特性和较高的消光比，可作为光开关或调制器使用。随着SOA威廉希尔官方网站 的不断提升，目前在大部分场景中已可替代声光调制器AOM，用于获得高消光比的窄脉冲激光光源。天津见合八方光电的1550nm SOA消光比最高可达65dB。

2.5半导体光放大器SOA在激光雷达LiDAR系统中应用

TOF激光雷达和FMCW激光雷达基本原理如下图所示，半导体光放大器SOA主要应用于激光雷达中的光源部分。天津见合八方光电的SOA芯片饱和输出光功率可达23dBm，用于提高1550nm窄线宽激光器的发射光功率，满足激光雷达长距探测需求；同时与EDFA相比，芯片式的SOA可直接集成光源中，从而使得激光雷达更小巧轻便，满足车载、无人机测绘等对体积重量要求较高的场景应用。

2.6半导体光放大器SOA在OCT相干眼科成像中的应用

OCT学名叫光学相干断层扫描威廉希尔官方网站 ，是20世纪90年代初期发展起来的一种新型非接触性的无创光学影像诊断威廉希尔官方网站 ，是利用眼内不同的组织对入射光素的反射性不同，从而显示眼睛组织的结构和它们之间的距离，再经过计算机处理以后，形成伪彩或灰度，来显示组织的断面结构。1050nm(水对这个波长吸收少）的半导体光放大器SOA可集成在OCT成像设备的光源中，用于提高光源输出光功率，进而提高检测灵敏度，天津见合八方光电的1050nm半导体光放大器饱和光功率可达23dBm。

见合八方公司和产品介绍

天津见合八方光电科技有限公司，依托于清华大学天津电子院光电集成微系统研究所，由北京见合八方与清华大学天津电子院于2019年合作成立。是一家致力于光子集成威廉希尔官方网站 的研发和生产的高科技企业，目前已推出全系列SOA产品，包括1050nm，1310nm和1550nm SOA芯片、SOA COC、SOA蝶形器件等。目前SOA芯片全流程国内设计生产，自主可控，在性能上已达国际先进水平，通过了多个国内主流厂家的验证和试用，目前已批量供货。