基于半导体光放大器的全光信号处理研究进展

本文介绍了基于半导体光放大器非线性光学特性的全光信号处理研究进展。探讨基于半导体光放大器的光波长转换,光信号再生、光逻辑门以及光信号的码型转换等全光信号处理单元。分析国内外各种全光信号处理方案,总结其特色,并对未来发展趋势以及光子集成提出了展望。     

基于SOA中XGM效应全光超宽带高斯单边信号源的研究

提出了一种基于半导体光放大器（SOA）中交叉增益调制（XGM）效应产生高斯单边信号（monocycle）脉冲的方案。该方案只需要单个外部光源和单个SOA,结构简单;采用相向的工作方式可以改善输出信号的消光比;输出的monocycle信号光只含有一个波长,在光纤传输过程中上下脉冲不会引入时间差。利用Optisystern...     

All-optical signal processing based on semiconductor optical amplifiers

In this paper,we review the recent progress in the optical signal processing based on the nonlinearity of semiconductor optical amplifiers (SOAs).The four important optical signal processing functional blocks in optical switching are presented,i.e.,optical wavelength conversion,optical regeneration,optical logic,and optical format conversion.We present a brief overview of optical wavelength conversion,and focus on various schemes to suppress the slow gain recovery of the SOA and improve the operating speed of the SOA-based optical switches.Optical regeneration including re-amplification,re-shaping and re-timing is also presented.Optical clock recovery that is essential for optical regeneration is reviewed.We also report the recent advances in optical logic and optical format conversion,respectively.After reviewing the four important optical signal processing functional blocks,the review concludes with the future research directions and photonic integration.     

基于并联SOA的全光广播式超宽带脉冲形状调制技术

基于半导体光放大器(SOA)中交叉增益调制(XGM)效应,采用SOA的并联结构,提出了一种全光产生广播式超宽带(UWB)脉冲形状调制(PSM)信号的方案。该方案同时产生三路超宽带PSM信号,具有多用户传输数据的能力,可为多址通信作理论基础;采用相向的工作方式可以改善输出信号的消光比。利用OptiSystem7.0软件对方案进行仿真,分析了输入信号脉冲宽度、输入光功率和波长对产生的超宽带PSM信号的影响,对信号的传输特性进行了研究。结果表明,本文方案对输入信号脉冲宽度和输入光波长具有良好的容忍度,并且给出了输入光功率的优化范围。     

基于保持光注入的半导体光放大器自偏振旋转性能的改善

研究了基于“保持光”（holding beam）注入（HBI）改善半导体光放大器（SOA）自偏振旋转（SPR）性能的方法。HBI虽然降低了SOA的偏振模式增益,但是缩短了对TE和TM模式的增益恢复时间,从而加速了SOA器SPR特性对超快信号的响应。以基于SOA的SPR特性的光功率均衡为例,我们发现,HBI可以明显抑制和...     

基于SOA和EAM的全光超宽带脉冲波形调制

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)和电吸收调制器(EAM)实现超宽带(UWB)脉冲波形调制(PSM)的方案,利用SOA的交叉增益调制(XGM)和增益饱和效应产生高斯单边带(monocycle)信号,利用EAM的交叉吸收调制(XAM)效应控制泵浦光与monocycle信号的叠加,进而实现UWB PSM。与其它方案相比,本文方案具有结构简单、易于控制和色散管理相对简单的优势。利用OptiSystem7.0软件进行了仿真研究,分析了输入信号功率、调制速率和光源波长对UWB PSM信号的影响,研究了UWB PSM信号在光纤中的传输特性。结果表明,本文方案对输入信号波长不敏感。给出了输入信号功率和调制速率的优化范围。     

基于光注入半导体激光器的超宽带信号产生

提出一种基于光脉冲注入条件下半导体激光器腔 内交叉增益调制(XGM)效应的超宽带(UWB)信号产生方案,通过一个增益开关激光器(ML)、 一个半导体激光器(SL)和一个光带通滤波器(OBPF),在平衡探 测器(BPD)端口直接检测输出重复频率为2.5GHz的UWB一阶微分(Mo nocycle)和二阶微分(Doublet)信号, 而且通过引入马赫-曾德尔调制器(MZM),还可对产生的UWB信号实现开关键控(OOK)。 对所提系统 进行了全面的系统仿真分析,并进行了实验验证,实现了上述各种条件的UWB信号产生,并 实现了UWB信 号的40km光纤传输实验。实验结果表明:该方案获得的UWB信号的频 谱与美国联邦通信委员会(FCC)定制的EIRP标准吻合,同时经过调制的 UWB信号的波形经40km光纤传输之后基本保持不变。为了证明本文方 法产生的UWB信号的重复变化特点,还产生了频率为3.75GHz的UWB信 号。     

半导体光放大器的超快动态增益特性

提出了一种包括载流子密度脉动(CDP)、载流子加热(CH)和光谱烧孔(SHB)效应在内的半导体光放大器(SOA)的时域动态模型。利用该模型分析了半导体光放大器中的增益饱和、超快增益动态以及光脉冲在增益饱和半导体光放大器中的波形畸变,其中重点考虑了超短脉冲的情况。模拟计算表明,对于10ps量级以下的短脉冲,分析半导体光放大器的动态增益特性时,不能忽略载流子加热和光谱烧孔等带内超快非线性效应的影响。     

Microwave photonic filters based on optical semiconductor amplifier

Microwave photonic filters have been characterized by low loss,light weight,broad bandwidth,good tunability,and immunity to electromagnetic interference,and these filters can overcome inherent electronic limitations.Fiber-based filters are inherently compatible with fiber-optic microwave systems and can provide connectivity with built-in signal conditioning.This review paper presents developments of microwave photonic filters based on semiconductor optical amplifier in the last few years.Challenges in system implementation for practical application are also discussed.     

基于半导体光放大器的光单稳态触发器

为实现全光缓存中的光读写控制和光逻辑判断,提出并实验验证了一种基于半导体光放大器(SOA)双环结构的全光单稳态触发器。此触发器的稳态与非稳态激射不同的光波长,状态间静态消光比超过40 dB,切换时间仅仅为1-2个环腔周期,控制信号光波长范围大。通过减小环腔长度可进一步减小两状态之间切换时间,并可作为光缓存的控制单元。     

All-optical filter for simultaneous implementation of microwave bandpass and notch responses based on semiconductor optical amplifier

An all-optical filter structure to simultaneously implement microwave bandpass and notch filter is proposed and experimentally demonstrated. The structure is based on a recirculating delay line (RDL) loop consisting of a semiconductor optical amplifier (SOA) followed by a tunable narrowband optical filter and a 10:90 coupler. The converted signal is generated in a wavelength conversion process based on cross-gain modulation of amplified spontaneous emission in the SOA. The converted signal circulating in RDL loop realizes a negative bandpass response. The negative bandpass filter and a broadband allpass filter are synthesized to achieve a notch filter with flat passband which can excise interference with minimal impact on the wanted signal.     

40-Gbit/s 3-input all-optical priority encoder based on cross-gain modulation in two parallel semiconductor optical amplifiers

A 3-input all-optical priority encoder is designed.Proof-of-concept experiment is performed at 40-Gbit/s based on a cross-gain modulation (XGM) in two parallel semiconductor optical amplifiers (SOAs).O...     

基于半导体光放大器环形腔的全光频率倍增/恢复

提出了一种利用具有干涉作用的半导体光放大器(SOA)环形腔实现全光频率倍增/恢复的新方法,该方法同相关实验比较具有显著优势.数值结果表明:2.5 GHz的光脉冲序列注入SOA环形腔,可输出重复频率为5～25 GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉冲序列;SOA的偏置电流对SOA环形腔输出脉冲振幅的均衡度影响显著,对于基频为2.5 GHz和10 GHz输入脉冲序列分别存在一最佳的SOA偏置电流值;从传输速率为2.5 Gbit/s的27-1伪随机信号中可提取出重复频率为分别2.5 GHz和5 GHz的幅度均衡的时钟信号.     

基于SOA-XGM的对称型UWB信号光学产生的研究

文章提出了两种利用SOA(半导体光放大器)的XGM(交叉增益调制)和FBG(光纤布拉格光栅)光学生成对称型UWB(超宽带)信号的新方法.分析了该方法的工作原理并进行了仿真实验,分别得到了符合FCC(美国联邦通信委员会)标准的中心频率为5.35 GHz、相对带宽为114％以及中心频率为4.7 GHz、相对带宽为132％的...     

基于半导体光放大器的组播实验研究

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的组播实验方案,首先利用谱展宽和谱切片得到多波长脉冲源,将其作为探测光并与信号光共同注入到SOA中,利用SOA的交叉增益调制(XGM)效应,信号光与每一个波长的脉冲光发生作用,在SOA输出端通过可调光带通滤波器(TBDF)得到每一波长的变换后信号,实现光信号的组播过程。在实验中,10 Gb/s的归零(RZ)码作为信号光,而由多波长脉冲源产生的4波长脉冲光作为探测光,在探测光波长附近分别得到了与编码信号光逻辑取"非"的信号。     

半导体光放大器对超短光脉冲频谱特性的影响

为进一步理解半导体光放大器工作的物理本质,从速率方程出发,采用分段模型数值分析了超短光脉冲经SOA后的输出频谱和由SOA产生的附加啁啾特性。结果表明：SOA引起的附加啁啾是与SOA的偏置电流、初始信号脉冲的波长、脉冲形状、峰值功率以及脉冲宽度等因素有关;对应的输出脉冲的频谱形状也与上述因素密切相关。     

全光超宽带正相和反相monocycle信号源的研究

基于半导体光放大器( SOA)中交叉增益调制(XGM)效应,同时全光实现超宽带(UWB)正相、反相高斯单边信号(monocycle).输出的monocycle脉冲只包含一个波长分量,在光纤传输过程中monocycle上下脉冲不会引入时间差.利用光通信系统软件OptiSystem对方案进行仿真,分析了光源波长对输出monocycle脉冲的影响,结果表明输出的monocycle脉冲具有对光源变化不敏感的优点.     

Optical signal processing based on semiconductor optical amplifier and tunable delay interferometer

In this paper,several applications in all-optical signal processing based on a semiconductor optical amplifier (SOA) and variable delayed interferometers (DIs) have been experimentally demonstrated.Wavelength converter based on a nonlinear polarization switch (NPS) and a DI is proposed and presented for the wavelength conversion of nonretum-to-zero (NRZ) signals.An alloptical nonretum-to-zero to return-to-zero (NRZ-to-RZ)format converter with tunable duty cycles is achieved by the DI with variable delays.The 40 Gb/s reconfigurable optical OR/NOR gate in a single SOA,followed a tunable optical bandpass filter (OBF) and a DI,optical 2R regeneration using an SOA-DI are investigated.It is found that this combinative realization of filters has been endowed with great flexibility and quality for 40 Gb/s optical logic and 2R regeneration.     

半导体光放大器的偏振光开关性能改进

半导体光放大器(SOA)非线性偏振旋转效应的光开关具有开关速度快、易集成等优点,其开关操作可以通过改变注入SOA中的电流而获得。这种偏振光开关的性能主要受注入光功率与控制电流的大小范围来决定。基于SOA中的偏振主态的概念,分析了非线性偏振旋转效应与控制电流的关系,并对不同功率的注入光进行了偏振旋转实验,分别实现了偏振光开关的操作。实验结果表明:随着注入光功率的增加可以提高光开关的分光比,有效改进光开关的性能。当注入光为5 dBm时,光开关的分光比与消光比均可达到30 dB。