SOA
Abkürzung für Semiconductor Optical Amplifier; ein Gerät, das optische Signale direkt verstärkt.
SOA: optischer Verstärker, der Signale ohne Umwandlung in Elektrik verstärkt
Ein Halbleiter-Lichtverstärker ist eine Laserdiode, die im hochverstärkenden Regime ohne optische Rückkopplung arbeitet. Licht tritt in einen Wellenleiter ein, der in einen Indiumphosphid- oder Galliumarsenid-Chip geätzt ist. Dort regt es stimulierte Emission in einer Bereich mit Bevölkerungsinversion an, typischerweise 250 bis 500 Mikrometer lang und 1 bis 3 Mikrometer breit. Das Verstärkungsmedium verstärkt die Signalphotonen direkt und gibt verstärktes Licht mit der gleichen Wellenlänge und Polarisation wie am Eingang aus.
SOAs sind schneller und kompakter als Faserverstärker. Die typische Verstärkung beträgt 20 bis 30 dB, die Ausgangsleistung bei Sättigung etwa 10 bis 20 dBm. Die Rauschziffer liegt zwischen 5 und 7 dB, abhängig von Entwurf und Betriebsstrom. Die Erholungszeit nach Verstärkungssättigung liegt im Nanosekundenbereich, was sie für Burst-Signale und wellenlängenseektive Schaltanwendungen geeignet macht. Sie benötigen eine Leistung von 100 bis 500 mW und lassen sich problemlos in photonische Schaltungen integrieren.
Der wesentliche Nachteil ist die Polarisationsempfindlichkeit. Anders als Erbium-dotierte Faserverstärker verstärken SOAs Licht unterschiedlich stark, je nachdem ob das elektrische Feld parallel oder senkrecht zur Achse des Halbleiterwellenleiters schwingt. Diese polarisationsabhängige Verstärkung, typisch 3 bis 8 dB, erzeugt Dämpfung für einen Polarisationszustand. Entpolarisierer oder zweistufige Designs werden manchmal verwendet, um dies zu mindern.
Anwendungen und Marktkontext
SOAs erscheinen in Stadtnetzen als Inline-Verstärker, als Regeneratoren für Wellenlängenmultiplex-Kanäle und als Gatter für optische Schaltmatrizen. Sie werden bevorzugt, wenn Baugröße, Stromverbrauch und Integrationsdichte wichtiger sind als absolute Rauschziffer oder Pump-Laser-Komplexität. Telekommunikationsgerätehersteller nutzen sie zur Verstärkung schwacher Signale vor Photodetektoren und zum Hochfahren von Kanälen in rekonfigurierbaren optischen Add-Drop-Multiplexern.
Spontane Emissionsrauschengewinnung im Verstärker ist die wichtigste Rauschquelle. Das Akronym SOA wurde in den 1990er Jahren eingeführt, um diese chipgestützten Verstärker vom etablierten EDFA-Standard zu unterscheiden; der Begriff ist heute in Datenblättern, Testspezifikationen und Netzwerk-Entwurfsvorgaben branchenübergreifend verankert.