半导体光放大器引起的光控器件中的信号损伤分析

在双环耦合全光缓存器的基础上分析了全光分组交换网络中以半导体光放大器（SOA）为相移器件的反馈型全光缓存器输出的信号损伤,包括SOA的非线性及载流子恢复时间限制引起的脉冲畸变与连续码流中的图样失真和SOA的自发辐射噪声累积引起的信噪比恶化及缓存器结构引起的“漏光”问题.理论分析及实验结果表明,在采用反相控制并注入高功率控制光的情况下,脉冲畸变与图样失真被抑制,由信噪比恶化及漏光决定的光分组的缓存圈数被限制在20—30圈.得到的结果对基于SOA的光缓存器及逻辑器件同样具有借鉴作用. 关键词： 全光分组交换 全光缓存器 信号损伤 半导体光放大器的噪声分析     

O-RPR网络中622 Mbps光上路源的研制

基于全光缓存器的光弹性分组交换环(O-RPR)是一种全光分组交换网络,能够克服目前RPR存在的电子瓶颈。为了模拟这种网络解决竞争的能力和解决网络的帧同步不丢失的问题,设计了一种基于FPGA的光上路源。它由数据包(帧)生成、并串变换和电光转换三部分组成,其包长、包内伪随机序列长度、及通信速率均可变,具有结构简单、成本低廉和操作方便的优点,已成功应用于O-RPR实验网络中。     

基于双半导体光放大器的读/写分别控制的新型全光缓存器

全光缓存器能够在光域内对数据包进行缓存,解决数据包在节点的冲突。提出了一种新型可擦写的全光缓存器,该缓存器以半导体光放大器(SOA)为非线性相移器件,利用信号光和控制光在半导体光放大器中的交叉相位调制实现信号在光域内的"写入"和"读出"。在注入信号峰值功率相同的条件下,双半导体光放大器结构的采用还可以对信号光实现功率补偿,比利用单个半导体光放大器进行"写入/读出"控制延长了缓存时间,并能有效克服在数据包"写入"缓存器时造成的输出端口处信号光的泄漏。该缓存器顺利实现了2.5 Gb/s数据包的多圈缓存。     

基于半导体光放大器偏振旋转的全光缓存器

全光缓存器可实现数据包在光域内的缓存,是全光路由、伞光计算以及全光交换的关键部件之一.提出了一种基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转(PR)的光纤环型全光缓仃器结构;提出了一种利用偏振主态(PSP)寻找两个正交线偏振态以及在线实时测量光纤中偏振态的方法.通过改变SOA的注入电流,实现了对两个正交偏振态转化的控制,利用这两个正交的线偏振态,实现了信号的"写"人和"读"出.利用该结构的缓存器,实现了2.5 Gb/s的1024 bits数据包6圈的缓存.缓存后的信号波形良好.     

基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应单一光缓存环全光时隙交换处理能力研究

对基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转效应(NPR)效应的单一光缓存环多数据包的全光时隙交换(TSI)处理能力进行了理论和实验研究,在使用归纳法导出单一缓存环实现多数据包全光时隙(TSI)必要条件的基础上,针对各种全光TSI操作要求得出了相应光数据包的调度方案,在实验上,以基于SOA中NPR效应的单一光缓存环实验系统,开展了多数据包全光TSI操作的实验研究,根据上述光数据包理论调度方案进行相应系统参数设定,进行了速率为10 Gb/s的3个和4个数据包的全光TSI实验,实验结果与理论预期相符合,研究成果为减少昂贵SOA元件的用量、简化基于光缓存环全光TSI系统的结构提供了可靠依据,对推进全光TSI技术的发展具有重要意义。     

基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中功率均衡的新方法

全光缓存器能够在光域内对数据包进行存储而不需经过光电光的变换,成为全光网的重要组成部分,其性能的优劣将直接影响到网络的丢包率等。但在半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制效应并存,导致基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中缓存后输出的数据包与未缓存数据包的输出功率间存在不均衡,使得网络误码率增加。在详细分析全光缓存器工作原理的基础上,利用半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制并存的现象,巧妙地提出了将控制脉冲反相并配合电可调衰减器的新方法。该方法简单易行,有效解决了此类全光缓存器中数据包输出功率不均衡的难题,缓存器性能得到了极大改善。此方法适用于所有基于半导体光放大器的环路型全光缓存器。     

磁光光纤Bragg光栅中圆偏振光的非线性传输特性

提出了磁光光纤Bragg光栅的理论模型,给出了圆偏振光在磁光光纤光栅中传播的非线性耦合模方程. 研究表明,在磁光光纤Bragg光栅中,光栅引起正反传播方向的导波光发生耦合,法拉第效应引起磁圆双折射效应,而非线性效应则将左旋和右旋圆偏振光耦合在一起,它们的共同作用可使双稳态状态发生反转、非线性光控光开关阈值功率降低. 与传统光纤光栅相比,利用左旋和右旋磁圆偏振光之间的交叉相位调制实现的脉冲整形具有磁光偏置可调特性,为基于磁光光纤光栅的动态灵活全光3R再生器的研制提供了理论基础. 关键词： 磁光光纤Bragg光栅 圆偏振光 脉冲整形     

光纤延迟线型全光缓存器的研究

概括了本课题组在近十年中进行的光纤延迟线型全光缓存器的研究工作,介绍了基本的基于3×3平行排列耦合器的基本缓存单元——双环耦合全光缓存器(DLOB),并以此为基础,构建出缓存时间为1～9999 T(时间单位)的大动态范围、多波长等全光缓存器,速率都在2.5 Gb/s以上,并研制出基于偏振的全光缓存器.对这些缓存器的原理...     

双波长数据包并行缓存

以半导体光放大器为非线性元件的双环耦合全光缓存器(DLOB)为基础,实现了速率为2.5 Gb/s双波长数据的并行缓存.不同波长光信号合成后的功率随机波动,导致由半导体光放大器交叉相位调制产生的相位差随机波动.在考虑吸收损耗的情况下,对常用的半导体光放大器增益特性曲线进行了修正并与实测值拟合,得到了更为准确的增益特性曲线.在此基础上进行了理论分析,提出了通过调节控制光功率到最佳点以便减小相位差波动的方法.     

半导体光放大器的稳态增益饱和特性

高速全光逻辑门是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件,近年来受到广泛的关注。半导体光放大器（SOA）因为具备体积小、工作波长范围宽、响应时间短及良好的非线性特性等优点,成为研制高速全光逻辑器件的首选。采用分段模型分析了SOA的稳态增益饱和特性,通过数值求解载流子速率方程和光传输方程对其特性进行了仿真实现。结果表明,SOA在入射光功率不同时会表现出明显的非线性;在一定范围内增加光功率,SOA增益持续增加,继续增加入射光功率,SOA逐渐进入饱和吸收状态,增益反而降低。     

Trends in ultrashort and ultrahigh power laser pulses based on optical parametric chirped pulse amplification

Since the proof-of-principle demonstration of optical parametric amplification to efficiently amplify chirped laser pulses in 1992,optical parametric chirped pulse amplification(OPCPA)became the most promising method for the amplification of broadband optical pulses.In the meantime,we are witnessing an exciting progress in the development of powerful and ultrashort pulse laser systems that employ chirped pulse parametric amplifiers.The output power and pulse duration of these systems have ranged from a few gigawatts to hundreds of terawatts with a potential of tens of petawatts power level.Meanwhile,the output pulse duration based on optical parametric amplification has entered the range of fewoptical-cycle field.In this paper,we overview the basic principles,trends in development,and current state of the ultrashort and laser systems based on OPCPA,respectively.     

覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳波长覆盖范围向可见光波长扩展对于碘稳频激光的绝对频率测量以及光钟研究中钟激光的绝对频率测量都具有十分重要的意义. 本文在自行研制掺Er光纤飞秒光学频率梳的基础上, 采用放大-倍频-扩谱的方案, 实现了激光输出波长向可见光波长的扩展. 掺Er光纤飞秒光学频率梳输出的一部分光激光脉冲, 功率约为8 mW, 首先经掺Er光纤放大器将功率提高到531 mW, 此后利用MgO: PPLN晶体倍频, 倍频后激光的功率为170 mW, 倍频效率为32%, 脉冲宽度为85 fs. 倍频后的激光通过光子晶体光纤进行光谱展宽. 通过优化入射光偏振状态可以实现波长覆盖500-1000 nm, 输出功率为85 mW, 耦合效率为50%. 采用小型化碘稳频532 nm Nd: YAG激光器输出激光与光学频率梳光谱展宽后的激光进行拍频可以获得30 dB的拍频信号. 覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳为可见光范围内激光的绝对频率测量提供了技术手段.     

三角形光脉冲在正色散光纤中产生的实验研究

利用一种无源非线性脉冲整形方法, 实现了在普通正色散(ND)光纤中产生三角形光脉冲, 此方法依赖于脉冲预啁啾和脉冲在ND光纤中传输时群速度色散与自相位调制的相互作用. 实验研究表明, 在较宽的脉冲预啁啾值范围内, 通过优化脉冲输入功率和脉冲传输的ND光纤长度, 均可得到典型的三角形光脉冲: 脉冲时域形状前后沿的变化率接近恒定、整个脉冲具有线性频率啁啾. 另外, 在不同的脉冲预啁啾下, 要得到高质量的三角形光脉冲, 均需要较高的脉冲输入功率; 并且脉冲预啁啾较大时, 三角形脉冲的形成对ND光纤长度和脉冲输入功率有较大的容差, 易获得三角形光脉冲.     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.     

光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统的影响

报道了光脉冲编码对基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA)的影响. 实验表明,光脉冲编码能够在保证较高空间分辨率的同时减小布里渊频移的不确定性. 实验实现了49.6 km传感距离, 在整段传感光纤上温度分辨率1 ℃,空间分辨率2.5 m. 本文实验测量并分析了系统的信噪比和光功率分布特性. 关键词： 分布式光纤传感 受激拉曼散射 布里渊增益 布里渊光时域分析系统(BOTDA)     

基于光子晶体光纤光脉冲压缩的理论研究

从理论上研究了单根光子晶体光纤的光脉冲压缩,利用较短的具有高非线性系数的光子晶体光纤可以实现较高质量的光脉冲压缩。针对单根光子晶体光纤压缩光脉冲的限制,提出了一种基于光子晶体光纤非线性环路镜中交叉相位调制效应的脉冲压缩方法。理论研究表明,这种脉冲压缩方式可以压缩自身功率较低的信号脉冲,相比于单根光子晶体光纤的方法,可以得到更高压缩质量的脉冲,通过合理选择控制光脉冲的参数,可以有效地抑制基座。     

高速OCDM系统中的全光阈值技术分析

分析了高速OCDM系统中基于非线性光学环境(NOLM)和非线性放大(NALM)环境的全光阈值技术。考虑了NOLM环境输入脉冲峰值功率对其阈值判决功能的影响,数值模拟了由高非线性光纤构成的NOLM和NALM环境的脉冲整形和旁瓣抑制功能,并和实验结果进行了比较。结果表明基于NOLM和NALM环境的全光阈值技术都能有效地抑制40 Gbit/s的OCDM系统中的干扰噪声,最优的NOLM环境的脉冲峰值输入功率为2 W,而NALM环境只需要mW量级的脉冲峰值输入功率即能够更好地抑制干扰噪声。     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

Clock recovery from 40 Gbps optical signal with optical phase-locked loop based on a terahertz optical asymmetric demultiplexer

10 GHz clock recovery from 40 Gbps optical time-division-multiplexed (OTDM) signal pulses is experimentally demonstrated using optical phase lock loop based on a terahertz optical asymmetric demultiplexer (TOAD) with a local-reference-oscillator-free electronic feedback circuit. The clock pulse that was used as the control pulse had energy of 800 fJ and the SNR of the time-extracted 10 GHz RF signal to the side components was larger than 40 dB.