半导体激光器实现波长转换的理论模型分析

作为自动交换光网络中的核心器件，全光波长转换器的研究是目前的热点。提出了基于半导体激光器实现波长转换的理论模型，采用小信号分析方法，利用速率方程求解了波长转换的频率调制响应特性。并初步研究了不同半导体激光器工作电流、码速、输入信号光功率、增益吸收系数条件对波长转换性能的影响。这对于优化基于半导体激光器的全光波长转换器有一定的参考价值。     

半导体激光器型全光波长转换器的啁啾分析

利用速率方程分析了转换信号光的频率啁啾,考虑到了外界注入信号光的放大.转换过程中,信号光的注入将会导致了光腔内载流子数发生变化,进而引起激光器输出频率的改变,产生啁啾.研究发现,较大的激光器注入电流可以有效地抑制频率啁啾,较高的注入信号光功率则可以在保证高转换信号消光比的同时抑制频率啁啾.     

用于全光波长转换的外腔半导体激光器的注入电流选择

实验研究了注入光对光纤光栅外腔半导体激光器阈值电流的影响,给出了可同时获得高消光比和高转换速率的注入电流范围。采用载流子消耗机抽对实验结果进行了实性分析。     

基于光纤光栅外腔激光器的全光波长转换器的阈值转换特性

使用半导体激活介质的增益饱和效应,描述了激光器型全光波长转换器波长转换机制及其阈值转换特性.实验研究了基于光纤光栅外腔半导体激光器的全光波长转换器的阈值转换特性,结果表明以此器件作为波长转换器可以将信号的消光比由5dB提高到30dB,并可将信号的强度起伏抑制到0dB,可实现部分信号数字再生功能.     

多量子阱半导体激光器的交叉增益调制波长转换特性

实验利用光注入多量子陆半导体激光器产生的载流子消耗和带间载流子吸收产生的交叉增益调制效,实现波长转换，转换光的光强变化幅度与偏置电流有关。通过调节偏置电流的大小，能使转换光与注入信号光在同向和反向间进行切换。     

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。     

交叉增益调制的全光波长转换的消光比特性分析

建立了基于半导体光放大器交叉增益调制的波长转换理论模型,讨论了放大器的偏置电流、抽运光参数以及探测光参数对转换后信号消光比特性的影响,结果表明,大的抽运光功率小的探测光功率以及合适的转换波长间隔有利于获得大的消光比。     

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.     

基于半导体光纤环形腔激光器的新型全光AND门和NOR门

提出了一种新型的基于半导体光纤环形腔激光器(SFRL)中同时发生的四波混频效应和交叉增益调制效应同时实现全光AND门和NOR门方案，并建立了这种全光逻辑门完整的宽带理论模型.通过数值模拟的方法，研究了输入信号光峰值功率及SFRL中两个耦合器的耦合比对这种全光逻辑门输出特性的影响. 关键词： 半导体光纤环形腔激光器 全光逻辑门 四波混频 交叉增益调制     

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.     

基于环行腔激光器四波混频型可调谐波长转换的理论研究

建立了完整的基于半导体环行腔激光器四波混频型可调谐波长转换器的宽带理论模型.模型中考虑了半导体光放大器的材料增益谱、载流子的空间分布、光场的纵向空间分布和宽带放大自发发射等关键因素，并通过数值模拟，从理论上研究了这种波长转换器的各种性能与输入信号光功率、注入电流、输出耦合器的耦合比和环行腔激光器激射光波长的关系.理论上所得结论与文献中实验结果符合得很好. 关键词： 半导体环行腔激光器 四波混频 波长转换 放大自发发射     

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     

基于光纤环形腔激光器的可调谐全光波长转换器的研究

在光纤环形腔激光器中引入周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导，用该激光器产生的连续光作为抽运光和控制光，使其与外加的信号光发生非线性效应实现可调谐波长转换.介绍了基于准相位匹配的PPLN光波导中的和频与差频级联型全光波长转换器的基本原理.对抽运光、信号光、控制光以及转换光的光功率随着PPLN光波导的变化进行了模拟.还对转换效率随着转换光波长的变化进行了数值计算.实验验证了该波长转换器的可调谐性. 关键词： 周期极化反转铌酸锂 和频与差频 可调谐全光波长转换 光纤环形腔激光器     

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.     

Rapidly tunable all-optical wavelength converter based on single semiconductor optical amplifier delay interferometer

We demonstrate a rapidly tunable 10 Gb/s all-optical wavelength converter based on a semiconductor optical amplifier delay interferometer and a tunable laser. It uses a 16-channel 100 GHz-spacing digitally tunable multifrequency laser based on a novel external-cavity laser design. The bit sequence on the incoming wavelength is converted alternatively to different wavelengths. Power penalties are 1.1 dB for 30 ns guard-time spacing between wavelength packets.