新型结构可调谐全光波长转换器的理论与实验研究

可调谐波长转换器是智能化光网络中的关键光电子器件. 提出了一种基于半导体光放大器的环形激光器实现连续可调全光波长转换的方案，建立了该方案的理论模型. 理论计算和实际测定了不同条件下波长转换的输出特性，实验结果与理论计算基本符合. 实验中实现了40nm范围内连续可调、转换速率为2.5Gb/s的交叉增益调制型波长转换. 关键词： 可调谐波长转换 半导体光放大器 环形腔     

集成双波导半导体光放大器光开关实现波长转换的理论研究

建立了基于集成双波导半导体光放大器的光开关(ITG-SOA-Switch)的理论分析模型.与半导体光放大器(SOA)的特性相比较表明，由于ITG-SOA-Switch合并了多种物理效应，故其静态增益饱和曲线在饱和功率点附近具有大幅度陡峭下降的独特性质.理论分析和10 Gbit/s波长转换模拟结果显示，恰当地选择输入抽运光的功率范围，ITG-SOA-Switch波长转换器输出转换光的消光比特性较之输入抽运光会有显著的改善. 关键词： 波长转换 半导体光放大器 集成双波导半导体光放大器 光开关     

A novel approach to all-optical wavelength conversion by utilizing a reflective semiconductor optical amplifier in a co-propagation scheme

Nonlinear optical gain modulation in an InGaAsP/InP bulk reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) is studied. The differences of the optical properties between RSOAs and conventional SOAs are initially investigated. All-optical wavelength conversion based on nonlinear gain modulation in RSOAs is demonstrated at a bit rate of 2.488 Gbit/s. It is shown that a bit-error-rate of <10⁻⁹ can be achieved and an extinction ratio of >9 dB can be obtained at a bit rate of 2.488 Gbit/s with a 2³¹-1 non-return-to-zero (NRZ) pseudorandom bit sequence (PRBS). In comparison with conventional SOAs, wavelength conversion by RSOAs shows much improved performances in high-speed all-optical wavelength conversions.     

基于半导体光放大器交叉偏振调制的波长转换理论研究

在半导体光放大器中,采用由张应变引起的自身双折射理论模型对交叉偏振调制型全光波长转换器的波长转换特性进行了数值研究,并对数值结果与相关实验进行了对比。结果表明:通过调节系统参量,可以实现同相或反相波长转换;同相和反相波长转换时输出的信号啁啾、消光比和眼图具有不同特性;随着数据传输速率的增加,输出信号的眼图张开度减小,啁啾变大。     

Towards 640 Gbit/s wavelength conversion based on nonlinear polarization rotation in a semiconductor optical amplifier

Taking into account ultra-fast carrier dynamics, this paper models 640 Gbit/s wavelength conversion scheme based on nonlinear polarization rotation （NPR） in a single semiconductor optical amplifier （SOA） and investigates the performance of this kind of wavelength conversion scheme in detail. In this model, two carrier temperature equations are introduced to substitute two energy density equations, which reduce the complexity of calculation in comparison with the previous model. The temporary gain and phase shift dynamics induced by ultra-short optical pulses are numerically simulated and the simulated results are qualitatively in good agreement with reported experimental results. Simulated results show that non-inverted and inverted 640 Gbit/s wavelength conversions based on NPR are achieved with clear open eye diagrams. To further investigate the performance of the non-inverted wavelength conversion scheme, the dependence of output extinction ratio （ER） on some key parameters used in simulation is illustrated. Furthermore, simulated analyses show that high performance non-inverted wavelength conversion based on NPR can be achieved by using a red-shifted filtering scheme.     

基于半导体激光器的全光波长转换的理论研究

全光波长转换是全光网络的关键技术之一。利用多模半导体激光器的速率方程,建立了基于半导体激光器的全光波长转换器的理论模型,该模型不仅考虑了注入信号光对激光腔内载流子的消耗,而且考虑了激光腔对注入信号光的放大作用。利用该模型分析了半导体激光器工作电流、注入信号光功率以及码率各参数对波长转换特性的影响。结果对于确定基于半导体激光器的全光波长转换器件的最佳工作条件有一定的参考价值。     

Analysis of 160 Gb/s all-optical NRZ-to-RZ data format conversion using quantum-dot semiconductor optical amplifiers assisted Mach-Zehnder interferometer

A scheme of all-optical data format conversion from nonreturn-to-zero to return-to-zero is proposed using quantum-dot semiconductor optical amplifiers (QD SOAs) assisted Mach-Zehnder interferometer (MZI). The proposed scheme has the potential to operate at much larger bit rate ∼160 Gb/s, and the converted signal has a lower frequency chirp. 160 Gb/s all-optical format conversion is verified through numerical simulations, and the output contrast ratio and Q-factor are analyzed to evaluate the system performance. With properly selected parameters, the converted signal with a contrast ratio over 8 dB and a Q-factor over 8 can be achieved.     

基于半导体光放大器瞬态交叉相位调制效应的高速反相和同相波长转换的研究

采用半导体光放大器(SOA)中的瞬态交叉相位调制效应是实现高速全光信号处理的有效途径.利用SOA和带宽为0.4 nm的窄带滤波器同时实现了重复频率为10 GHz、脉冲宽度为10 ps的同相和反相全光波长转换.当滤波器的中心波长相对于探测光载波波长蓝移0.25 nm或者红移0.05 nm时，得到反相波长转换；当滤波器的中心波长相对于探测光波长蓝移0.29 nm或者红移0.25 nm时，得到同相的波长转换.同时用数值模拟了从同相到反相波长转换的极性演化过程，理论分析和实验结果基本相符. 关键词： 半导体光放大器 波长转换 瞬态交叉相位调制     

基于双通构型的和频、差频可变波长路由方案及其应用

提出了双通构型的基于“和频”和“差频”级联二阶非线性效应的可变波长路由方案,通过调节两个抽运源的频率,可以从一个WDM(wavelength division multiplexing)链路中取出任意一个信道,然后将其转换为任意一个波长并插入到另一个WDM链路中去.实现了可调谐波长转换和光波长路由的结合.通过小信号分析,给出了相位匹配情况下,输入信号光在波导中功率变化的表达式和输出转换光功率变化的表达式,并给出了提高系统效率的对两个抽运光功率的优化方案.数值计算表明,只要信道间隔大于02nm(25GHz 关键词： 光波长路由 光波长转换 光交换 PPLN     

基于双通构型的和频、差频可变波长路由方案及其应用

提出了双通构型的基于“和频”和“差频”级联二阶非线性效应的可变波长路由方案，通过调节两个抽运源的频率，可以从一个WDM(wavelength division multiplexing)链路中取出任意一个信道，然后将其转换为任意一个波长并插入到另一个WDM链路中去.实现了可调谐波长转换和光波长路由的结合.通过小信号分析，给出了相位匹配情况下，输入信号光在波导中功率变化的表达式和输出转换光功率变化的表达式，并给出了提高系统效率的对两个抽运光功率的优化方案.数值计算表明，只要信道间隔大于02nm(25GHz     

激光器型全光波长转换器的小信号分析

当外部光子注入到激光器有源腔中时 ,载流子把被注入光子消耗的一部分放大 ,进而激光器自身的输出功率将降低。基于此 ,可以实现全光波长转换。理论上基于载流子消耗机制 ,对激光器型波长转换器进行了小信号分析 ,给出了频率响应函数。理论分析表明 ,激光器型全光波长转换器的转换速度取决于激光器光子寿命以及激光器腔内的光子密度。     

基于相向工作方式下交叉增益调制型波长转换器特性的研究

全光波长转换器是密集波分复用系统中的关键光电子器件,也是混合WDM/OTDM光网络实用化的关键部分。从脉冲传输方程和载流子密度方程出发,详细分析了相向工作方式下交叉增益调制型波长转换器转换后光的消光比和啁啾特性。在分段动态模型中考虑了剩余端面反射和自发辐射噪声的影响,模拟结果为交叉增益调制型波长转换器的性能优化提供理论依据。     

半导体光放大器中垂直双抽运四波混频效应的理论研究

建立了输入信号光偏振方向任意情况下的半导体光放大器(SOA)中 垂直双抽运四波混频(FWM)效应的完整宽带理论模型. 以基于SOA的垂直双抽运FWM型全光波长转换器为例, 通过数值模拟的方法, 理论研究了输入信号光与两抽运光功率、两抽运光与信号光之间的波长失 谐量和输入信号光偏振方向等工作参数对SOA的垂直双抽 运FWM效应及基于SOA的垂直双抽运FWM型波长转换器特性的影响.     

Analytic approach to the small-signal frequency response of saturated semiconductor optical amplifiers using multisection model

An analytic solution derived by multisection model to the small-signal frequency response (SSFR) of wavelength conversion based on cross-gain modulation (XGM) in semiconductor optical amplifiers (SOAs) is presented. The result contains details that can affect the characteristics of SSFR significantly more than previous ones.     

Four-wave mixing in semiconductor laser amplifiers: Applications for optical communication systems

Four-wave mixing in semiconductor laser amplifiers enables various applications in photonic switching including wavelength conversion, space and time switching, optical phase conjugation, and demultiplexing. Switching times faster than 1 ps are possible.     

基于单个半导体光放大器的高速多功能逻辑门

采用半导体光放大器(SOA)中的非线性效应可以实现多种多样的高速全光信号处理. 利用SOA的非线性效应(包括四波混频、交叉增益调制、瞬态交叉相位调制等)实现了多种功能的逻辑运算,包括“与”、“或非”、“同或”、“或”和“非”. 由于SOA用于全光信号处理的调制速率受到增益恢复时间较慢的限制而无法实现高速的信号处理,在SOA后面级联一个带宽为0.32nm的失谐滤波器可以提高SOA的工作速率,仅用一个SOA实现了40Gbit/s的多功能逻辑门. 关键词： 半导体光放大器 全光逻辑门 瞬态交叉相位调制     

基于多电极单端耦合半导体光放大器的交叉增益调制型波长转换器

提出了一种新型的基于多电极单端耦合半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制(XGM)型波长转换方案，并建立了这种波长转换器完整的宽带理论模型.通过数值模拟的方法，比较了基于多电极单端耦合SOA的XGM型波长转换和基于单电极单端SOA的XGM型波长转换的输出特性，结果表明前者的输出消光比优于后者，而且啁啾特性也略有改善. 关键词： 多电极 波长转换 单端耦合半导体光放大器 交叉增益调制 消光比 啁啾     

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。     

Optical filtering and switching using counter-propagating wavelength converter

A high-efficiency optical filter, based on a counter-propagating wavelength converter in ZnTe, is theoretically demonstrated. The filter has extremely narrow bandwidth of 0.5 Å corresponding to pump 0.3 W power and 1 cm length of quasi-phase-matching (QPM) grating, tunable over several nanometers of bandwidth by combination of the grating length and pump power variation. The presented scheme is also a candidate for a wavelength-dependant switch.