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1990年代に登場した光増幅器は、再生器技術を凌駕し、WDM技術への扉を開きました。光増幅器は主に、光信号を電気信号に変換することなく直接増幅するために使用されます。光増幅器には、ラマン増幅器、エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）、半導体光増幅器（SOA）など、多くの種類があります。この記事では、SOA増幅器についてわかりやすく解説し、その長所と短所を分析します。
半導体光増幅器（SOA）の基礎
SOA光増幅器は、半導体を利得媒体として用い、一般的な用途において光出力を増強し、他の光デバイスの損失を補うために設計されています。半導体光増幅器は、光ファイバーピグテール接続部品の形で通信システムによく採用されており、0.85µm～1.6µmの信号波長で動作し、最大30dBの利得を生成します。半導体光増幅器は、1310nm、1400nm、1500nm、1600nmの波長で提供されており、シングルモードまたは偏波保持光ファイバーの入出力で使用できます。
SOAアンプのポイント
1310 nm、1400 nm、1550 nm、1610 nmの波長を選択可能
20 dBの高いファイバー間ゲイン
最大16 dBmの出力
1 MHz、10 ns パルス幅（オプション）
PMパンダファイバー入力/出力（オプション）
レーザーに似ているが、非反射端と広い波長の放射を持つ
入ってくる光信号は、それ自身の波長で光の放出を刺激する。
プロセスは空洞を通って継続され、信号を増幅する
SOAアンプの動作原理
SOAの基本的な動作原理は半導体レーザーと同じですが、フィードバックが不要です。SOAは、入射光を擬似的に発光させることで増幅します。光が活性領域を通過すると、電子は光子の形でエネルギーを失い、基底状態に戻ります。これらの誘導光子は光信号と同じ波長を持ち、光信号を増幅します。
DWDM ネットワークにおける EFDA 経由の SOA
下記のソリューションは、SOA増幅器を用いた120kmメトロネットワークです。なぜ上記のネットワークにEDFAを使用しないのか疑問に思うかもしれません。
理論的には、SOA光増幅器は性能面でEDFAに匹敵するものではありません。SOA光増幅器の雑音指数は一般的にEDFAよりも高く、利得帯域幅は同等ですが、SOAは自己位相変調と四光波混合という形ではるかに強い非線形歪みを示します。しかし、SOAは小型で電気励起であるため、EDFAよりも安価であることが多いです。さらに、SOAは低出力レーザーで動作可能です。
SOA 光増幅器の選択方法
SOAアンプを選ぶ際には、製品データシートに記載されている詳細なパラメータをすべて確認する必要があります。しかし、本当に理解していますか？いいえ、次の部分を読んでください。
SOA アンプの特性評価に使用される主なパラメータは、ゲイン、ゲイン帯域幅、飽和出力電力、およびノイズです。
ゲインは入力信号を増幅する係数であり、出力パワーと入力パワーの比（dB単位）として測定されます。ゲインが高いほど、出力される光信号も高くなります。
利得帯域幅は、増幅が機能する帯域幅の範囲を定義します。広範囲の信号波長を増幅するには、広い利得帯域幅が望ましいです。
飽和出力電力とは、増幅後に達成可能な最大出力電力であり、これを超えると増幅は行われなくなります。SOAが線形動作領域を維持し、より高いダイナミックレンジを実現するためには、高い電力飽和レベルを持つことが重要です。
ノイズとは、アンプ内の物理的な処理によって信号帯域内に発生する不要な信号を指します。ノイズの影響を測定するために用いられるパラメータは雑音指数（NF）で、通常は約5dBです。
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