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半导体光放大器在光纤通信中的应用研究

吴建伟  
【摘要】: 随着半导体技术的发展,半导体光放大器(SOA)的性能得到极大改善,SOA已得到广泛的研究和应用,在现代光纤通信中扮演着越来越重要的角色。本文主要研究了SOA对光脉冲的放大特性和基于SOA的脉冲压缩整形以及全光波长变换(AOWC)等。 光脉冲放大是光纤通信系统的关键技术之一,而SOA是一种重要的放大元件。本文应用Agrawal的关于SOA理论模型,详细研究了具有不同陡峭边沿的皮秒超高斯光脉冲经SOA后的时域特性的变化,发现输出脉冲的峰值功率、脉冲宽度与输入脉冲的峰值功率、输入脉冲边沿的陡峭程度以及SOA的偏置电流密切相关。但当信号脉冲的宽度只有几个皮秒时,SOA传统的Agrawal理论模型已经不能完全准确地模拟SOA对信号脉冲的放大情况,在此基础上,我们在全面考虑SOA的增益压缩、增益非对称和漂移、增益随位置和时间变化的载流子寿命等物理机制的情况下,对皮秒超短高斯信号光脉冲经SOA放大后的脉冲的峰值功率、脉冲半值全宽度、脉冲的上升时间和下降时间等重要物理参量进行了准确模拟和详细研究。 随着超高速密集波分复用(DWDM)和光时分复用(OTDM)的日趋发展,要求信号脉冲的脉冲宽度越来越窄和复用的信道数也越来越多,但有限的波长资源不能满足DWDM的发展要求,而波长转换技术可以提高信号波长的重复利用率。我们应用二阶超高斯光脉冲与高斯信号脉冲同时注入SOA和应用SOA与非线性光学环镜(NOLM)相结合的方案来对信号脉冲进行压缩整形,模拟显示,在调节系统合适参数的情况下,波长位于SOA增益区的二阶超高斯控制光脉冲在具有较高的峰值功率和适当时延下输入SOA时,最后可以得到放大的高质量超短信号光脉冲;在基于SOA的交叉增益调制(XGM)全光波长转换中,采用级联的SOA能有效地使反转光脉冲的频率啁啾得到有效降低,波长向下转换的距离和反转光的峰值能量都得到明显提高,降低了利用交叉增益调制(XGM)波长转换中对波长精度的要求,从而提高了波长转换的灵和性。而在基于SOA的四波混频(FWM)波长转换中,在提高光放大器饱和功率的同时减小光谱烧孔(SHB)和载流子加热(CH)饱和功率可有效提高较大频率间隔处的转换效 率,并保持其在较大频率失谐范围内的效率均衡。


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