半导体光放大器亚皮秒量级超快动态特性的研究

通过考虑脉冲频谱的增益色散，提出了一个分析亚皮秒光脉冲在半导体光放大器(SOA)中传输的新思路.分别对超快光脉冲在时域和频域内进行离散化，建立了一个更为合理的传输数值模型.基于该模型，观察到了脉冲频谱的明显漂移，并探讨了漂移量与脉冲载波波长、脉冲能量、脉冲宽度、SOA长度和注入电流等外部条件之间的关系，从理论上解释了文献没有证实的实验结果.同时，基于交叉增益调制原理，利用双光束结构，描述了载流子加热、光谱烧孔效应和双光子吸收等非线性效应引起的增益压缩.理论分析的结果为改善SOA的动态特性提供了指导. 关键词： 半导体光放大器 超快非线性效应 增益色散性     

半导体光放大器超快折射率变化动态特性的研究

建立了分析半导体光放大器（SOA）飞秒量级超快动态特性的数值模型,考虑了增益色散以及群速度色散,能更精确地反映飞秒级超短脉冲经过SOA时的传输特性.基于该模型,可以分析由载流子密度脉动以及载流子加热对折射率变化的影响.同时,也考虑了不同的工作条件以及SOA的结构参数对折射率的影响.理论分析和模拟实验为优化SOA的结构、改善SOA飞秒量级超高速动态特性提供了理论指导. 关键词： 半导体光放大器 折射率动态特性 增益色散 群速度色散     

半导体光放大器中光波传输特性研究

根据半导体光放大器(SOA)载流子速率方程和光波在SOA内的传输方程,采用分段的方法计算出光波功率和相位与载流子浓度的关系公式。在泵浦光输入功率分别为5mW和15mW情况下通过仿真得到泵浦光输出波形和归一化转换光波形,其中归一化转换光的波形变化可间接体现不同泵浦光输入功率对SOA内载流子浓度的影响。分析了泵浦光波长和SOA注入电流对探测光的归一化输出、相位和频率啁啾产生的影响。结果表明,随着泵浦光波长的增加,探测光的三种光波特性曲线逐渐趋于平缓。注入电流将会直接影响到SOA的载流子浓度,以此对探测光的输出产生影响,注入电流越大,探测光的频率漂移越远。     

半导体光放大器增益及发光特性的理论研究

半导体光放大器(SOA)的非线性特性在光开关、波长变换、光逻辑运算中有重要的应用.研究了注入电流、入射光波长及SOA有源区长度对SOA增益和发光功率的影响.数值模拟结果表明:注入电流的增加,会引起载流子浓度的增加,且使SOA增益趋于饱和的速率加快;不同的SOA模型存在一个最佳输入光波长,在此波长附近有较好的增益特性;加长半导体光放大器有源区长度可获得更大增益,同时提高了器件的响应速率.     

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。     

非相干光四波混频研究半导体光放大器超快过程

具体推导了相位共轭型非相干光时延四波混频信号强度随时间延迟的一般变化规律。结果表明：对于用有限线宽非相干光激发源非相干光时延四波混频信号强度随时间延迟的变化规律具有对称性，且强度峰与激发光场带宽成正比，与纵向弛豫速率成反比。这一结果为利用发光二极管作抽运源研究半导体光放大器及有源光波导超快动力学过程提供了理论基础。进而提出了用发光二极管结构的非相干光时延四波混频测量有源介质带间和带内载流子弛豫速率的有效方案。     

增益半导体光放大器的特性

为满足半导体光放大器（SOA）在光纤到户FTTH系统接入网中的广泛应用,提出了基于光纤光栅外腔反馈型GC-SOA结构的全光增益机制,窄线宽激光光源经可变衰减器、隔离器和光纤光栅注入到SOA中,SOA的输出光经隔离器和光纤光栅送至光谱分析仪,通过光纤光栅反馈输入SOA形成钳制激光。对GC-SOA的阈值特性、增益特性及开关特性进行分析,结果表明：当注入电流小于GC-SOA的阈值电流时,增益随注入电流的增加而增加;当注入电流大于GC-SOA的阈值电流后,其增益不再随注入电流的变化而变化,实现了SOA的增益稳定,使SOA的饱和输出功率得到了提高。

     

增益半导体光放大器的特性

为满足半导体光放大器（SOA）在光纤到户FTTH系统接入网中的广泛应用,提出了基于光纤光栅外腔反馈型GC-SOA结构的全光增益机制,窄线宽激光光源经可变衰减器、隔离器和光纤光栅注入到SOA中,SOA的输出光经隔离器和光纤光栅送至光谱分析仪,通过光纤光栅反馈输入SOA形成钳制激光。对GC-SOA的阈值特性、增益特性及开关特性进行分析,结果表明:当注入电流小于GC-SOA的阈值电流时,增益随注入电流的增加而增加;当注入电流大于GC-SOA的阈值电流后,其增益不再随注入电流的变化而变化,实现了SOA的增益稳定,使SOA的饱和输出功率得到了提高。     

输入光特性对超快非线性干涉仪开关窗口的影响

就超快非线性干涉仪(UNI)的输入光特性对其开关窗口的影响进行了数值模拟和实验研究,输入光包括控制光脉冲和探测光脉冲。在数值模拟中,调节控制光脉冲和探测光脉冲的功率及脉宽,功率越高和脉宽越窄,窗口的形状越好。在调节过程中发现控制光脉冲和探测光脉冲都存在一个最佳的功率点使窗口的形状达到最优。如果继续增大控制光脉冲功率,会使窗口的顶部倾斜,窗口形状恶化;而继续增大探测光脉冲功率,窗口的消光比开始下降。在数值模拟的基础上进行了10Gb／s的超快非线性干涉仪全光开关实验,在实验中用连续光代替探测光脉冲以观察窗口形状。通过改变控制光脉冲和连续光功率来验证它们对超快非线性干涉仪开关窗口的影响。实验表明,应选用短而强的控制光脉冲和最优功率点的连续光,这与模拟结果吻合。     

光纤和半导体光放大器的非线性过程噪声特性的一致性研究

提出一种在光信号上叠加正态分布研究随机扰动的方法,分别研究了光纤中的拍信号演化和SOA中的光脉冲演化。光纤与SOA分别是无源器件和有源器件,在这两种不同元件中,光信号的传输是两种完全不同的过程。得到了随机扰动对这两种不同过程中光信号传输的影响,计算了输出相对标准差。结果表明,该方法在研究非线性过程及其相关的全光信号处理中,可用于讨论器件或系统的噪声特性,从而研究输出光脉冲的噪声特性。     

树型结构半导体光放大器光交换矩阵的可靠性(英文)

针对光交换系统的可靠性研究已卓有成效,但作为光交换系统的核心元件——光交换矩阵的可靠性却始终没有得到足够的重视.本文利用可靠性框图对基于半导体光放大器的树型结构光交换矩阵进行了可用性分析.分析结果表明该型光交换矩阵在可靠性上存在的不足,需要设计保护结构.通过对已有的光交换系统可靠性研究工作的分析总结,提出了两种针对树型结构光交换矩阵的保护结构,并利用可靠性框图和概率统计方法对其进行比较分析了两种结构的特点.研究表明,交换矩阵对于SOA的可靠性最为敏感.交换矩阵保护结构的设计过程,实际上是系统可靠性、成本、体积及性能的折衷.因其对成本和可靠性的影响,能否提供有效的检测和维护也应在保护结构的设计过程中予以考虑.     

半导体光放大器非线性失真特性实验研究

对半导体光放大器（SOA）用于1 310 nm残留边带幅度调制（AM-VSB）视频光信号放大时的非线性失真特性进行了实验研究.分析了非线性失真机理.给出了当输入光信号波长位于SOA增益谱下降沿且输入光信号功率较大时,SOA所引入的非线性失真主要由其增益随输入光信号功率变化而波动所造成的结论和对应表达式.提出了减小非线性失真的方法.设计了适合于AM-VSB视频光信号放大的SOA并用于有线电视（CATV）系统实验.研究结果表明,在300 mA的工作电流下,SOA在载频647.25 MHz处引入的组合二阶互调失真（CSO）在－42 dB～－38 dB之间,并随输入光信号功率的增加而变大.     

半导体光放大器全光采样的线性度与转换效率表征

利用半导体光放大器非线性偏振旋转效应实现全光采样具有采样速度高、输入抽运功率小的优点,为高速全光模数转换提供了可能途径.提出了半导体光放大器全光采样线性度和转换效率的表征方法,该方法利用传输曲线的多项式拟合函数表征采样系统,通过多项式的余弦代换和级数展开,得到全光采样线性度和转换效率与多项式系数的解析关系,从多项式系数直接计算线性度和转换效率.该方法尢需复杂的傅里叶变换运算,其计算结果与傅里叶频谱分析结果吻合,可用于全光采样线性度和转换效率的精确表征,还可以拓展用于信号调制的非线性失真分析.     

基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究

码型转换是实现非归零(NRZ)信号全光时钟恢复的关键技术.提出了一种基于折叠式超快非线性干涉仪的全光NRZ到伪归零(PRZ)信号转换的新型方案.基于半导体光放大器的分段模型和超快非线性干涉仪的传输函数，建立了该方案的理论分析模型，数值模拟了不同速率下的码型转换过程.实验实现了稳定的10，20和40 Gbit/s的NRZ到PRZ信号的码型转换，分析了影响码型转换输出特性的因素，理论分析结果与实验结果基本符合. 关键词： 超快非线性干涉仪 半导体光放大器 全光码型转换     

基于饱和滤波效应的半导体光放大器高速调制特性分析

本文分析了半导体光放大器的高频滤波效应,给出了具有高速响应的半导体光放大器各参量的优化设计方法,提出了动态载流子恢复时间的概念,为分析基于半导体光放大器的各种器件的高频动态特性提供了一种简单的近似方法.     

多电极半导体光放大器对增益特性的改善

提出了采用多电极实现电流非均匀注入来改变半导体光放大器(SOA)内部的载流子分布,从而改变其增益饱和特性的一种新的方案.用SOA分段模型的计算结果表明,与单电极均匀注入电流的SOA 相比,在同样的总注入电流下,对一个两电极SOA采用前面小后面大的非均匀电流注入,可以提高饱和输出功率和饱和输入功率.而采用前面大后面小的电流注入方式,则将使SOA更容易发生饱和,不仅饱和输出功率与饱和输入功率减小,而且增益谱在饱和后的压缩程度加大,增益谱压缩的对称性提高.对多电极SOA,可以方便灵活地调节各节之间的长度比和注入电流比来满足不同的应用要求.     

半导体光放大器引起的串扰及其抑制技术

由于半导体光放大器(SOA)的增益饱和效应,在波分复用系统中.每个信道的增益受到复用的其它信道的影响.SOA引起的各信道之间的串扰严重限制了其应用.理论研究了SOA增益饱和效应引起的信道间串扰.数值模拟了多路信道复用时系统的误码率随复用信道数和光功率的变化情况,发现随着复用信道数的增加SOA增益饱和引起的信道间串扰越来越严重.对SOA中串扰的抑制方法进行了理论和实验研究.数值模拟发现连续光注入可以抑制输出功率的波动,从而减小误码率,当复用10个信道时,连续光注入可以使功率代价减小2 dB;实验验证了两信道的40 Gb/s系统中,注入连续光可以减少SOA引起的信道间串扰.     

考虑端面反射率的半导体光放大器增益特性研究

在考虑到端面反射率影响的前提下,从SOA载流子的速率方程和耦合波方程出发,建立了基于SOA的交叉增益调制波长变换理论模型,利用分段模型方法对影响增益特性的几个参数进行了数值模拟。结果发现,注入电流和有源区面积对SOA增益的影响有一个阈值,在阈值范围内,SOA增益的大小随着注入电流和有源区面积的增大而明显的增大,但是超过阈值时,则SOA增益趋向饱和。     

基于量子点半导体光放大器全光波长变换特性

从光电集成电路的角度出发,根据量子点半导体光放大器(QD-SOA)中载流子跃迁速率方程和光场传输方程,建立了QD-SOA等效电路模型,并通过电路仿真的方法对QD-SOA的增益谱、饱和增益特性等进行了仿真和分析;利用QD-SOA的交叉增益调制研究了速率分别为40Gbps、100Gbps和160Gbps时的波长转换特性,并分析了不同的偏置电流、功率的信号光和探测光对输出信号消光比和Q值的影响,其转换速率可达到100Gbps,消光比ER约为10dB,Q值约为2.2.该研究对提高基于QD-SOA的交叉增益调制波长转换的性能具有指导意义.     

超快光脉冲照射GaAs晶体产生的干涉环

用飞秒脉冲激光照射砷化镓(gallium arsenide, GaAs)晶体,透射光出现了多级的干涉环.利用透射式Z-扫描光路,改变飞秒脉冲激光入射到GaAs晶体表面时的功率密度,观察到干涉环有规律地收缩(或扩张):功率密度越大,出现的干涉环越多,张角也越大.高强度飞秒脉冲激光的非线性效应局部地改变了GaAs晶体的折射率,从而导致光程差的出现,这是一种非线性效应(克尔透镜).超快光脉冲在GaAs晶体里产生的克尔透镜不能像理想的薄透镜那样把光束聚焦,而是让透镜光束形成了干涉环.通过分析干涉环的变化,可以得到GaAs晶体的非线性吸收系数和非线性折射率.