半导体光放大器（SOA）的工作原理分析

光放大器通过受激发射放大入射光信号，其机理与激光器相同。光放大器只是一个没有反馈的激光器，其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益，如图6-10a所示。

图6-10 光放大器原理和增益分布曲线

a）行波半导体光放大器 b）光放大器增益分布曲线g（ω）和相应的放大器增益频谱曲线G（ω）

但是，半导体激光器在解理面存在反射（反射系数约为32%），具有相当大的反馈。当偏流低于阈值时，它们被作为放大器使用，但是必须考虑在法布里-珀罗（F-P）腔体界面上的多次反射。这种放大器就称为F-P放大器。

当R₁=R₂，并考虑到ν=ν_m时，使用F-P干涉理论可以求得该放大器的放大倍数G_FPA（ν）为

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当入射光信号的频率ω（ν）与腔体谐振频率中的一个ω_m（ν_m）相等时，增益G_FPA（ν）就达到峰值，当ω（ν）偏离ν_m时，G_FPA（ν）下降得很快，如图6-11b所示。由图可见，当半导体解理面与空气的反射系数R=0.32时，F-P放大器在谐振频率处的峰值最大；反射系数越小，增益也越小；当R=0时，就变为行波放大器，其增益频谱特性是高斯曲线。

图6-11 法布里-玻罗（F-P）半导体光放大器（SOA）

a）SOA的结构和原理图 b）SOA不同反射系数的增益频谱曲线

由以上的讨论我们知道，增大提供光反馈的F-P谐振腔的反射系数R，可以显著地增加SOA的增益，反射系数R越大，在谐振频率处的增益也越大。但是，当R超过一定值后，光放大器将变为激光器。当GR=1时，式（6-1）将变为无限大，此时SOA产生激光发射。