Equivalent circuit and parameters extraction in a semiconductor optical amplifier

O advento das comunicações por fibras ópticas esteve intrinsecamente ligado aos lasers a diodo semicondutor. Posteriormente, principalmente na área de redes metropolitanas, iniciaram-se as aplicações envolvendo o amplificador óptico a semicondutor (SOA, em inglês). O SOA é muito similar ao laser a diodo semicondutor, pois também amplifica a luz incidente através da emissão estimulada, a qual advém da emissão pelos portadores elétricos da região ativa. Estes são bombeados na região ativa através da corrente elétrica injetada na porta elétrica do SOA. A similaridade não é completa devido ao fato do amplificador não possuir realimentação de luz através de uma cavidade óptica ressonante, uma vez que sua região ativa é terminada por faces anti-refletivas. Dessa forma, a luz é amplificada apenas em uma passagem pela região ativa do SOA, sendo também denominado neste caso, SOA-TW, ou de onda caminhante. Desta forma, fazendo-se uma analogia com circuitos, a diferença SOAlaser é semelhante à diferença amplificador-oscilador eletrônico. Devido a esta semelhança, o estudo desenvolvido no presente trabalho, sobre o comportamento da impedância do amplificador óptico a semicondutor, foi baseado em um modelo equivalente de circuito de microondas desenvolvido para o laser a diodo semicondutor. O comportamento da impedância do SOA, composto por seu encapsulamento e chip, é de extrema importância para o controle e aprimoramento de chaveamento eletro-óptico do SOA em redes de última geração. Visando ao aprofundamento deste estudo, análises teóricas a respeito do laser a diodo semicondutor e do amplificador óptico a semicondutor são apresentados. Em seguida, são apresentados os resultados experimentais, com a extração do circuito equivalente do SOA e sua montagem eletro-óptica, com a comparação entre as respostas experimentais e teóricas. Nas considerações finais discutem-se as sugestões para trabalhos futuros sobre o comportamento da impedância eletro-óptica do SOA.The advent of communications using optical fiber was always connected, intrinsically, with the semiconductor diode laser. Later, in metropolitan optical networks, the semiconductor optical amplifier (SOA) was introduced to amplify up to eight channels in a WDM (wavelength division multiplex) system. The semiconductor optical amplifier and the semiconductor laser diode are similar since both of them amplify the input light through stimulated emission, which result from electric carriers that are pumped in the active layer through the injection current in the electrical gate in these devices. The similarity is not complete since the SOA has anti-reflection coatings at the end emission faces. Therefore, the light is amplified by the active layer only in one pass; in this case the SOA is called TW SOA (traveling wave SOA). Due to the similarity between the devices, the present study of the SOA impedance behavior was based in an equivalent model from researches about microwave circuits used in the literature to analyze semiconductor diode lasers. The SOA impedance behavior is given by the chip itself and its package; it is important to control and to improve the electrical-optical switch using the SOA for next generation networks. Looking for a deep knowledge about this research, theoretical analyses of the semiconductor diode lasers and SOA was presented in this research. After it, the experimental results are showed with the extraction of the SOA equivalent circuit and the electrical-optical assembly, and the comparison between the experimental and theoretical results was done. At the end of this work, some suggestions for future works are proposed regarding the behavior of the SOA electrical-optical impedance