全光信号处理.ppt

半导体光放大器及其在全光信号处理技术中的应用张新亮1.第一部分半导体光放大器及其应用基础半导体光放大器基本概念半导体光放大器理论模型半导体光放大器应用的基本原理2.（一）半半导导体光放大器基本概念体光放大器基本概念工作原理工作原理特点特点存在存在问题问题及解决方案及解决方案3.半导体光放大器原理及性能工作原理与半导体激光器类似：受激辐射不同点：1）LD中激发受激辐射的光子产生于自发辐射，放大的自发辐射；SOA中激发的光子是外界的输入信号，放大光信号；2）LD中端面反射率越高，越容易激射（镀增反膜）；SOA中镀增透膜；SOA4.特点优点：体积小，便于集成（大规模阵列），增益带宽宽，可适合工作波长范围（1200-1700nm），载流子恢复时间快，动态特性好，便于光信号处理；存在问题：端面剩余反射引起的增益纹波 噪声指数（放大的自发辐射噪声）有限的饱和输出功率（增益饱和）偏振相关性 5.解决方案增益纹波1）直腔的端面反射率需要控制在106量级；2）目前普遍采用斜腔镀膜Fiber inputFiber output3)掩埋窗口6.解决方案噪声指数粒子数反转参数过剩噪声参数输入端耦合效率噪声指数与噪声指数与输输入端耦合效率相关！入端耦合效率相关！与与SOA单单片集成模片集成模斑斑变换变换器器实实用的技用的技术术：锥锥形光形光纤纤（透（透镜镜光光纤纤）7.解决方案-偏振相关性（1）体材料SOA中模场限制因子增益系数偏振相关增益TETM可以做成方形，亚微米级宽有源区8.应变量子阱SOA解决方案-偏振相关性（2）Valence bandConduction bandTensile wellCompressive wellTM transitionTE transitionTE transitionbarrierbarrierbarrierInPInPe-e-压应变无应变张应变9.解决方案-偏振相关性（3）张应变量子阱中适当条件偏振不相关lhn-InPwaveguide layermatched quantum welltensile strainedquantum barrierp-InPhhConduction band Valence band 需要比较大的应变10.解决方案偏振相关性（4）张应变体材料（引入比较小的张应变）Alcatel，锥形有源区，器件纤到纤增益达29dB，偏振相关性小于0.3dB;11.解决方案-增益线性（1）放大外界光信号与内部激射光放大外界光信号与内部激射光对载对载流子消耗（受激流子消耗（受激辐辐射）的射）的竞竞争争12.解决方案-增益线性（2）Linear Optical Amplifier(LOA)Genoa Corporation集成的垂直腔激光器对放大器的增益进行钳制13.State-of-art 3dB 带宽bandwidth 70nm 增益GAIN(Fiber-to-fiber)30dB 增益波纹(gain ripple)0.1-0.3dB 饱和输出功率(saturated output power)+17 dBm 噪声指数（noise figure）：68 dB 偏振相关性（polarization dependance）：1dB14.其它技术-量子点SOA量子点SOA增益带宽可达300nm，最大输出功率可接近20dBm，噪声指数小于5dB，载流子恢复时间更快（体材料1ns，量子阱400ps，量子点几十ps）；15.其它技术-光泵浦垂直腔SOA980nm泵浦提供粒子数反转，放大1310nm光信号，但目前增益只有13dB左右，1550nm尚无法实现16.（二）（二）半半导导体光放大器理体光放大器理论论模型模型17.载载流子速率方程流子速率方程载载流子注入流子注入缺陷复合、自缺陷复合、自发辐发辐射复合、俄歇复合射复合、俄歇复合引起引起载载流子消耗流子消耗放大自放大自发辐发辐射射（受激（受激辐辐射）射）引起的引起的载载流子流子消耗消耗放大外界放大外界输输入光入光信号（受激信号（受激辐辐射）射）引起的引起的载载流子消流子消耗耗18.动态动态数数值值分析模型分析模型考虑载流子的沿有源区长度方向分布的不均匀性，将SOA分成M段，每一小段看成一个整体；NkR1R219.SOA中第K段20.放大自放大自发辐发辐射噪声及引起射噪声及引起载载流子消耗的流子消耗的处处理理等效矩形法方法简单，适用于考虑放大自发辐射引起载流子消耗21.谱分段法：适用于模拟输出ASE谱，更精确的等效矩形法22.放大自放大自发辐发辐射的射的传传播播23.增益增益纹纹波的波的处处理理考虑端面剩余反射的情况下，ASE谱不会是光滑的，而会出现左图所示的调制：与谐振腔的驻波频率相关。谐振腔的纵模间隔光谱分段的宽度考虑的光谱范围24.载流子寿命有效载流子恢复时间的概念25.增益色散性和增益增益色散性和增益谱谱非非对对称性称性26.边边界条件界条件27.动态动态方程的解法方程的解法稳态稳态解的确定提供解解的确定提供解动态动态方程的初始条件或方程的初始条件或计计算算稳态稳态特性特性1）假设SOA已处于稳定状态，用任意的初始值去试，然后按照一定的迭代逼近法去逐渐逼近稳态值（载流子速率方程等式右边为0）-打靶法；2）按照入射光在SOA中传播的路线，一步步往前计算；最后计算得到前后两次载流子浓度相差小于某一个判据28.动态解的确定SOA29.稳态输稳态输出光出光谱谱蒋中计算结果30.(三)半导体光放大器应用的基本原理31.光光场传场传播方程播方程一一阶阶非非线线性极化（增益的性极化（增益的饱饱和）：增益的和）：增益的调调制和折制和折射率的射率的调调制制三三阶阶非非线线性极化（性极化（载载流子密度脉流子密度脉动动、载载流子加流子加热热和光和光谱烧谱烧孔）孔）对应对应半半导导体光放大器中的静体光放大器中的静态态非非线线性效性效应应，与，与频频率失率失谐谐无关，主要无关，主要由光由光谱烧谱烧孔和孔和载载流子加流子加热热两种两种带带内内过过程引起；程引起；对应对应半半导导体光放大器中的体光放大器中的动态动态非非线线性效性效应应，与，与频频率失率失谐谐有关，由光有关，由光谱烧谱烧孔和孔和载载流子加流子加热热两种两种带带内内过过程以及程以及载载流子密度脉流子密度脉动这动这种种带间过带间过程三种效程三种效应应共同引起；共同引起；l=m对应对应Bogatov效效应应，强强泵泵浦情况下的信浦情况下的信号增益不号增益不对对称；称；对应对应四波混四波混频频效效应应 32.SOA中的非线性效应和频四波混频简并四波混频自相位调制，双光子吸收，增益或损耗饱和交叉相位调制，喇曼增益33.SOA中的非线性效应(pump-probe方案探测)34.各种动态效应的响应时间瞬态效应：双光子吸收、光学克尔效应50200fs：光谱烧孔、载流子加热600fs-1ps:载流子致冷1ps-10ps:空间传播100ps-1ns:载流子恢复35.SOA中的增益饱和GainPump powerTimeIprobe(t)Iprobe(t)Time36.Non-linear elementInput signalPump(CW)Output signal基于交叉增益基于交叉增益调调制的全光波制的全光波长转换长转换目前采用2mm长的SOA可以实现100Gb/s的全光波长转换37.SOA中的相位中的相位调调制制载载流流子子浓浓度度输入功率相相位位输入功率输入功率随时间变化SOA载流子浓度随时间变化SOA有源区折射率随时间变化传播常数随时间变化相移量随时间变化相位调制关关键键如何提取出相位如何提取出相位变变化量化量!38.基于基于SOA的的马马赫赫泽泽德干涉德干涉仪仪（SOA-MZI）SOASOA1）一个SOA有泵浦光经过，另一个SOA没有泵浦光经过，探测光经过两个SOA会经历不同的相移，在干涉仪的输出端口产生干涉，将相位差信息转变成强度信息；2）泵浦光经过耦合器分路后，以不相等的功率经过两个SOA，引起不同的折射率改变，探测光感生不同的相移，经干涉将相位差信息变成强度信息；39.tInput signalSOASOACWOutput signalRegeneration and wavelength conversion 40 Gbit/s40.41.基于基于SOA的的迈迈克耳克耳逊逊干涉干涉仪仪SOA1SOA2半透半反端面迈克耳逊干涉结构：泵浦光引起SOA1中的相位调制，连续光从SOA1和SOA2的后端面反射，经耦合器产生干涉，端口2输出的连续光波长上携带泵浦光上的调制信息1242.基于基于SOA的非的非线线性光性光环镜环镜（SOALOM）SOA偏离环镜的中心位置，输入信号经耦合器分成顺时针方向和逆时针方向的两路信号，在不同的时刻经过SOA，而SOA在控制光经过之后，在不同的时刻载流子浓度不同（恢复阶段），因而不同方向的两路信号经过SOA之后会感生不同的相移，同时到达输出端口产生干涉，将相位差信息转变成强度信息。43.基于基于SOA的延的延时时干涉干涉结结构（构（SOA-DI）信号光和控制光经SOA后产生交叉增益调制效应的同时还会产生交叉相位调制，对于连续的信号光来说，由于不同的时刻有不同的载流子浓度因而有不同的感生相移。窄带滤波器滤出信号光，再经耦合器将信号光分成两路，但这两路光将经历不同的延时到达输出端口，反而言之，在在输输出端口相遇的两路光是出端口相遇的两路光是在不同的在不同的时时刻刻经过经过SOA的的，因而有不同的相移（相位差），经干涉将这种相位差信息变成强度变化信息。44.基于基于SOA的超快非的超快非线线性干涉性干涉仪仪（SOA-UNI）信号光经偏振保持光纤（存在快轴和慢轴）之后，分成相互正交间隔一定时隙的两路信号光，控制光经过SOA之后，SOA中不同的时刻有不同的载流子浓度，相互正交的两路信号光经过SOA时会感生不同的相移，而这两路光再经过相等长度的PMF（快慢轴与前一个相反）合在一起，经检偏器产生干涉45.SOA中的四波混中的四波混频频效效应应谱反转泵浦光为连续光，用于波长转换和中途谱反转（色散补偿）；泵浦光为脉冲光，用于光采样和解复用、光逻辑46.四波混四波混频频效效应应中的中的传输传输方程方程泵浦光场信号光场转换光场47.SOA中的交叉偏振中的交叉偏振调调制效制效应应SOA的载流子浓度受到信号光的强度调制，从而同时影响探测光的强度和相位，导致探测光的偏振态发生改变。XGM与XPM的综合作用.利用偏振控制器和检偏器将这种偏振态的调制转化为强度调制，得到转换后的信号光。CPM-SOA波长转换器的结构原理图 48.SOA环环腔激光器腔激光器SOASOASOALiNbO3波波长转换长转换全光全光逻辑逻辑超短光脉冲超短光脉冲49.第二部分全光信号处理某些关键技术引言关键技术：全光放大、全光波长转换、全光3R再生、全光逻辑和全光解复用50.1.引言什么是什么是“全光信号全光信号处处理理”？利用全光的方法对光信号进行处理（放大、光束变换、信息提取、信息运算等）；用光来控制光，避免光电和电光转换；对光信号（carrier）上携带的信息进行处理；利用光信号对另一个光信号的振幅、相位或频率信息进行变换和控制。51.涉及的关涉及的关键键技技术术：全光放大；全光波全光波长转换长转换；全光全光3R再生再生；全光全光逻辑逻辑；全光运算功能（例如：全光编码/全光误码计算）；全光全光缓缓存存；全光采样；全光解复用/全光分插复用；全光时域信号/空域信号转换；全光模拟信号/数字信号转换；全光OTDM信号/DWDM信号转换；全光波全光波长转换长转换是各种全光信号是各种全光信号处处理技理技术术的基的基础础！52.SOA的特点：的特点：体积小，便于集成（大规模阵列），增益带宽宽，可适合工作波长范围（1200-1700nm），载流子恢复时间快，动态特性好，便于光信号处理；存在问题：端面剩余反射引起的增益纹波，噪声指数（放大的自发辐射噪声），有限的饱和输出功率（增益饱和），偏振相关性 SOA中的交叉增益调制、交叉相位调制、自相位调制、四波混频和交叉偏振效应等被广泛利用来实现各种全光信号处理功能。53.基于基于SOA的关的关键键器件器件长有源区SOA；量子点SOA；SOAMZI；SOAMI；SOA-DI；SOALOM；SOA-UNISOA环形腔激光器；级联的XGM波长转换器；54.2.全光信号处理的关键技术全光放大全光波长转换全光3R再生全光逻辑全光解复用/全光分插复用55.全光放大（全光放大（掺铒掺铒光光纤纤放大器放大器EDFA）EDFA性能稳定、增益高、噪声指数34dB、高饱和输出功率（10w输出）、便于多信道放大。存在问题：增益平坦、增益瞬态、增益带宽拓宽56.全光放大（喇曼放大全光放大（喇曼放大RA）RA噪声低，分布式放大，用普通传输光纤作为增益介质，但增益较低（10dB左右），所需泵浦光功率较大，容易损伤光纤。采用多个泵浦波长泵浦，可实现80nm范围内增益平坦。57.全光放大（半全光放大（半导导体光放大器体光放大器SOA）A 1550 nm semiconductor optical amplifier using a InGaAsP chipSOA做做线线性性应应用：放大，与探用：放大，与探测测器集成做前置放大，器集成做前置放大，SOA与与阵阵列波列波导导光光栅栅集成集成构成光开关矩构成光开关矩阵阵。最大。最大优势优势：集成，可：集成，可实现实现增益增益带宽带宽200nm，电电光效率高。光效率高。SOA最大的最大的问题问题：ASE噪声，交叉增益噪声，交叉增益调调制。制。全光放大全光放大还还有全光参量放大，有全光参量放大，掺镨掺镨光光纤纤放大器，光放大器，光纤纤布里渊放大器布里渊放大器58.全光波全光波长转换长转换（SOA交叉增益交叉增益调调制）制）SOAInput signalPump(CW)Output signal 100 Gbit/s conversion over 5 nm using specially optimized SOA A.D.Ellis et al,Electronics Letters,vol.34,No.20 SOAXGM型波型波长转换结长转换结构构简单简单，容易，容易实现实现，转转换换效率高，效率高，输输入功率入功率动态动态范范围围大，可以偏振不敏感。大，可以偏振不敏感。但但输输出消光比退化出消光比退化严严重，高速波重，高速波长转换时码长转换时码型效型效应应严严重（重（载载流子恢复流子恢复时间时间限制）。高速与消光比之限制）。高速与消光比之间间是个矛盾。是个矛盾。长长有源区、高的模有源区、高的模场场限制因子限制因子SOA有助有助于高速和高于高速和高输输出消光比。同出消光比。同时时大的增益大的增益调调制会伴随制会伴随大的啁啾。大的啁啾。59.全光波全光波长转换长转换（SOA交叉相位交叉相位调调制制MZI）SOASOA载流子浓度输入功率相位输入功率输出功率输入功率XPM-SOA-MZI型波型波长转换长转换器器输输出信号出信号质质量好，啁啾可控制，量好，啁啾可控制，输输出可反出可反转转也可也可不反不反转转，偏振不敏感，可，偏振不敏感，可级联级联性好，用途广（可广泛用于其它性好，用途广（可广泛用于其它应应用中）。但缺用中）。但缺点是：点是：输输入功率入功率动态动态范范围围小，需要小，需要单单片集成，片集成，难难以以调调整和控制。整和控制。采用差分干涉采用差分干涉结结构最高可构最高可实现实现80Gb/s的波的波长转换长转换！60.全光波全光波长转换长转换（SOA交叉相位交叉相位调调制其它制其它结结构）构）SOA1SOA2半透半反端面12迈迈克耳克耳逊逊干涉干涉结结构构SOA-DISOALOMSOA-UNI相位相位调调制的同制的同时时，会伴随增益，会伴随增益调调制，制，对对输输出消光比有影响。可以采用增益透明出消光比有影响。可以采用增益透明SOA，产产生很大相移的同生很大相移的同时时，增益，增益调调制制很小。很小。SOA增益峰增益峰值值1300nm，工作在，工作在1550nm窗口。窗口。61.全光波全光波长转换长转换（SOA四波混四波混频频型型FWM）SOApumpsignalOutput signal谱谱反反转对转对称称泵泵浦光浦光为连续为连续光可光可实现实现中途中途谱谱反反转转和波和波长长转换转换。可同。可同时实现时实现多波多波长转换长转换，对对速率和速率和格式完全透明。无格式完全透明。无论论SOA是否偏振无关，是否偏振无关，都具有内在的偏振相关性；都具有内在的偏振相关性；转换转换效率效率较较低，低，随随转换间转换间隔加大急隔加大急剧剧降低，光信噪比降低，光信噪比较较差。差。上上转换转换和下和下转换转换效率有差效率有差别别：CDPCDP和和CHCH之之间间的相的相对对位相与位相与频频率失率失谐谐 的正的正负负无关，而无关，而CDPCDP和和SHBSHB之之间间的相的相对对位相位相则则与与 的正的正负负有关，有关，0时时二者二者则产则产生有益的生有益的干涉作用增干涉作用增强强四波混四波混频频效效应应。采用采用2mm长长SOA可可实现实现100Gb/sFWM波波长转换长转换;2004年采年采用双用双泵泵浦浦1480nm辅辅助光方案助光方案实现实现10G的的80nm范范围围内内转换转换效率大于效率大于10dB。62.全光全光3R再生再生基本概念基本概念3R：Re-amplification,Re-timing,Re-shaping 解决噪声、串音和抖解决噪声、串音和抖动问题动问题 2R：Re-amplification,Re-shaping 解决噪声和串音解决噪声和串音问题问题全光全光2R一般用干涉型波一般用干涉型波长转换长转换器可以器可以实现实现；全光全光3R关关键键是全光是全光时钟时钟恢复和光判决恢复和光判决门门；RZ信号再生包括信号再生包括时钟时钟恢复和光判决。恢复和光判决。而而NRZ信号再生信号再生还还需要先需要先进进行行码码型型转换转换，将，将NRZ信号信号转换转换成成RZ信号或信号或PRZ信信号，号，进进行行时钟时钟恢复，利用恢复出的恢复，利用恢复出的时钟进时钟进行光判决。行光判决。63.全光全光3R再生再生时钟时钟恢复恢复Self-pulsating multi-section DFB-LDDFB-LDMatching feedbackDFB-LD自脉自脉动动效效应应的多段的多段结结构构DFB激光器等效于两个激光器等效于两个DFB激光器加上相位激光器加上相位调调整区，整区，两个两个DFB激光器激光器(不同的布拉格光不同的布拉格光栅栅)的模式之的模式之间间相互干相互干扰扰，中，中间间相位区引入相相位区引入相移和移和时时延，延，调调整相移，两个模式之整相移，两个模式之间间拍效拍效应应引起自脉引起自脉动输动输出。出。可可实现实现160Gb/s的全光的全光时钟时钟恢复！恢复！Phase-locked loop with SLALOMSLALOM作作鉴鉴相器，可相器，可调锁调锁模激光器模激光器TMLL的重复的重复频频率取决于率取决于压压控振控振荡荡器器VCO。PD是慢响是慢响应应（带宽带宽100MHz）的）的光探光探测测器。只有当器。只有当VCO的的频频率等于率等于输输入入信号的基信号的基频时频时，PD的的输输出会是出会是DC信号，信号，其幅度取决于其幅度取决于输输入信号与控制信号之入信号与控制信号之间间的相位差。另一个的相位差。另一个PD是是为为了使相位比了使相位比较较信息信息变变成双极性信号，构成成双极性信号，构成闭环闭环控制，控制，自自动调动调整到整到输输入信号的基入信号的基频频。目前已能。目前已能从从160G的的OTDM信号中提取出信号中提取出10G的光的光时钟时钟。MZI和和UNI也可作也可作为为PLL的的鉴鉴相器相器!64.全光全光3R再生再生时钟时钟恢复恢复单单片集成的片集成的锁锁模模LD利用光学同步的方法利用光学同步的方法最高可最高可实现实现480GHz的光的光时钟时钟恢复！恢复！基于基于SOA的光的光纤环纤环形腔激光器形腔激光器8字型激光器字型激光器输输入光脉冲引起入光脉冲引起SOA的增益的增益调调制，制，进进而引起而引起环环形腔激光器的形腔激光器的调调制，形成主制，形成主动锁动锁模，模，实现实现光光时钟时钟恢复！恢复！右右边边的的环环的透射率受的透射率受输输入数据的入数据的调调制，相当于引起左制，相当于引起左边环边环内部增益的内部增益的调调制。制。（SLALOM透射特性）透射特性）码码型效型效应应比比较严较严重重65.SOA-MZI实现实现全光全光3R再生（再生（80G）全光全光3R再生再生光判决光判决门门SOA-DI实现实现全光全光3R再生（再生（168G）SLALOM实现实现全光全光3R再生再生SOA-UNI实现实现全光全光3R再生再生66.全光全光3R再生再生全光全光码码型型转换转换SOANRZ信号PRZ信号方案方案简单简单，输输出信号出信号质质量量较较好，在上升沿提取光脉冲，需要好，在上升沿提取光脉冲，需要较较窄的光窄的光滤滤波器。如果做成与波器。如果做成与SOA集成的窄集成的窄带滤带滤波器，波器，应该应该具有极大的研究价具有极大的研究价值值、SOA中的自相位中的自相位调调制效制效应应 单单片集成有源麦克片集成有源麦克尔尔逊逊干涉干涉仪实现仪实现RZ-to-NRZ转换转换 RZ信号从其中一个干涉臂注入，引起该干涉臂上SOA的折射率和位相变化，由于载流子浓度的调制带宽有限，注入的RZ光脉冲会展光脉冲会展宽宽。这种脉冲展宽效应再结合干涉仪的正弦传输方程就可以实现RZ-to-NRZ转换 67.非非对对称称马马赫曾德干涉赫曾德干涉仪仪(AMZI)实现实现NRZ-to-PRZ转换转换 NRZ-PRZ-时钟时钟恢复恢复当当AMZI满满足消光干涉条件足消光干涉条件时时，通，通过调过调整整L或或，AMZI就将就将NRZ信号信号转换转换成成PRZ信号信号 单单片集成片集成SOA/DFB激光器激光器实现实现NRZ-to-RZ转换转换 由于SOA的增益饱和特性，输入“1”码时，DFB激光器没有光输出，即输出“0”码；反之，输入“0”码，DFB输出“1”码，这样就得到了交叉增益调制(XGM)型波长转换。如果用时钟信号来开关DFB部分（电电控制控制），就得到了与时钟信号同步的RZ信号。68.SLALOMSLALOM实现实现全光全光码码型型转换转换 不同条件可以分别实现NRZ-RZ、RZ-NRZ和NRZ-PRZ转换 半半导导体光放大器延体光放大器延迟迟干涉（干涉（SOA-DI）装置装置实现实现RZ-to-NRZ转换转换 通通过调节过调节延延迟迟干涉装置两臂的延干涉装置两臂的延时时和位相差，使两路信号分量和位相差，使两路信号分量满满足相消干涉条件就可以足相消干涉条件就可以实现实现RZ-to-NRZ的的转换转换 69.全光全光逻辑门逻辑门-基本概念基本概念全光全光逻辑逻辑与与门门/全光波全光波长转换长转换/全光解复用的内在全光解复用的内在联联系：系：同相的波同相的波长转换长转换相当于相当于输输入信号与入信号与连续连续光的与运算，光的与运算，SOA中的中的XPM、FWM和和CPM可用作可用作这这种波种波长转换长转换。全光全光3R中的光判决中的光判决门门可看成可看成输输入信号入信号与光与光时钟时钟信号的信号的逻辑逻辑运算。此运算。此时时光光时时钟钟重复重复频频率等于光信号率等于光信号传输传输速率速率全光解复用和全光采用可看成全光解复用和全光采用可看成输输入光入光信号与某一重复信号与某一重复频频率短脉冲光信号的率短脉冲光信号的与运算。此与运算。此时该时该短脉冲信号重复短脉冲信号重复频频率率低于光信号低于光信号传输传输速率。速率。如：如：OTDM信信号中的基号中的基频频速率。速率。通常通常专门讨论专门讨论的的逻辑门逻辑门是指两路数据信号之是指两路数据信号之间间的的逻辑逻辑运算，运算，但在工作机理上并没有差但在工作机理上并没有差别别。70.全光全光XNOR门门（SOA中的中的FWM和和XGM同同时时作用）作用）S1和和S2的四波混的四波混频频，产产生新生新频频率光信号上是率光信号上是AND门门；S1和和S2共同作用在另外一个光共同作用在另外一个光时时钟钟信号上，得到一个或非信号上，得到一个或非门门的的结结果；分果；分别滤别滤出出这这两个两个结结果，果，用耦合器耦合到一起，得到用耦合器耦合到一起，得到XNOR门门。71.全光全光XOR门门交叉相位交叉相位调调制制72.AB73.交叉增益交叉增益调调制制交叉偏振交叉偏振调调制制四波混四波混频频可工作在可工作在较较高速率，高速率，需要采用需要采用DPSK信号信号只需要一个只需要一个SOA，需要精确控，需要精确控制制输输入入输输出光的偏振出光的偏振态态结结构构简单简单，无需精确相位控制，偏振，无需精确相位控制，偏振无关，无关，输输出消光比不如出消光比不如XPM74.全光全光逻辑逻辑与与门门单单个个SOA中的交叉偏振中的交叉偏振调调制制实现实现全光全光逻辑逻辑与与门门（5G）级联级联的的XGM效效应应SOA中中FWM和和SOA-UNI都可以都可以实现实现全光全光逻辑逻辑与与门门75.全光全光逻辑逻辑OR门门耦合器耦合器SOA是否可以是否可以实现实现或或门门76.全光全光逻辑逻辑NOR门门级联级联XGM效效应应77.任意布任意布尔尔运算功能全光运算功能全光逻辑门逻辑门SOA中中FWM的偏振的偏振选择选择性：性：三路信号三路信号输输入入时时也必也必须满须满足一定偏振足一定偏振态选择态选择条件，才会条件，才会产产生非生非简简并的四波并的四波混混频过频过程，如当其中特定的一路信号程，如当其中特定的一路信号与其它的两路正交偏振与其它的两路正交偏振时时就不会就不会产产生生四波混四波混频频效效应应 首先要根据首先要根据逻辑逻辑运算运算的真的真值值表，利用解复表，利用解复用器、偏振分束器和用器、偏振分束器和位相延位相延迟迟器器对输对输入信入信号号进进行行预编预编程，通程，通过过控制在不同的控制在不同的输输入支入支路中是否放置位相延路中是否放置位相延迟迟器就可以器就可以实现实现任意任意的布的布尔尔运算功能。关运算功能。关键键：偏移：偏移键键控控发发射机射机 78.全光分插复用（用于全光分插复用（用于OTDM系系统统中的中的OADM）区区别别于于DWDM系系统统中的中的OADM,对对同一波同一波长长上的上的时时分复用信号分复用信号进进行操作！上行操作！上载载信道直接采信道直接采用耦合器即可，关用耦合器即可，关键键是下是下载载信信道。道。基于基于SOALOM在在SLALOM的的输输入端口用入端口用环环形器取出某一信道下形器取出某一信道下载载之后的数据，光之后的数据，光时钟时钟信号信号作作为为控制光，控制光，调调整延整延时时，可使反射和透射的曲可使反射和透射的曲线线互互补补。关。关键键：在高速信号中，：在高速信号中，载载流子恢复速度不流子恢复速度不够够，较较难难得到得到 的位相差的位相差，需要，需要选择选择合适控制光和数据光合适控制光和数据光功率。功率。40GHz光光时钟时钟的系的系统统可工作。可工作。79.基于基于SOA-UNI两段完全两段完全对对称的称的PMF难难以完全匹配！以完全匹配！开关窗口取决于开关窗口取决于PMF长长度，上面度，上面结结果分果分别别对应对应 t=8.6ps和和4.3ps时时，下，下载载端口和反射端口和反射端口的端口的传输传输特性。特性。该该方案工作在方案工作在80GHz时时仍能提供大于仍能提供大于10dB的消光比。的消光比。80.全光解复用全光解复用 SOAUNI注意：采用的是注意：采用的是1310nm的控制光脉冲，的控制光脉冲，使用的使用的SOA增益峰增益峰值值波波长长在在1310nm。从。从1550nm160Gb/s的的OTDM信号中分理信号中分理处处10Gb/s的信号。的信号。普通方案的普通方案的UNI实现实现脉冲位置脉冲位置调调制信号的解复用（制信号的解复用（类类似于似于OTDM信号）信号）类类似的方案似的方案实现实现40G到到20G的解的解复用（使用金复用（使用金红红石晶体，石晶体，TiO2）81.SOA中的四波混中的四波混频频 利用利用SOA阵阵列与集成的平面光波回路列与集成的平面光波回路实现实现160G到到20G的解复用；的解复用；利用利用PANDA光光纤纤中的四波混中的四波混频频效效应应已能已能实实现现最高达最高达500Gb/s信号的解复用，利用信号的解复用，利用时间时间抖抖动动小于小于100fs、脉脉宽宽小于小于1ps的超的超连续连续光光脉冲作脉冲作为为500Gb/s的信号和的信号和10GHz的的泵泵浦光浦光脉冲，从脉冲，从500Gb/s的光信号中成功解复用出的光信号中成功解复用出了了10Gb/s的信号脉冲，并可以的信号脉冲，并可以实现实现无无误码误码操作；操作；利用利用SOA已能已能实现实现200Gb/s信号的偏振无信号的偏振无关的解复用。关的解复用。正交的正交的FWM实现实现10G到到2.5G的的解复用解复用82.SOALOM（THz非非对对称解复用器称解复用器TOAD）基于光基于光纤纤的的NOLM可可实现实现640Gb/s的信号解复用，基于的信号解复用，基于SLALOM可可实现实现160Gb/s的信号解复用，的信号解复用，单单片集成是方向！片集成是方向！SOAMZI单单片集成是最大的片集成是最大的优势优势，但目前可工作的速率不但目前可工作的速率不高，需要采用差分延高，需要采用差分延迟迟干涉干涉结结构！构！83.3.课题组取得的主要进展84.单单端耦合端耦合SOA器件器件设计设计和研制和研制偏置电流200mA，小信号增益大于20dB；3dB增益带宽大于35nm；降低制作降低制作难难度，度，提供双程增益！提供双程增益！85.用作波用作波长转换长转换器的器的单单端端SOA参数参数优优化化用作全光波用作全光波长转换时长转换时，后端面反射率是个关，后端面反射率是个关键键参数，反射率增加，参数，反射率增加，转换转换效率效率升高，但升高，但输输出消光比降低。需要合理出消光比降低。需要合理选择选择放大器放大器长长度和后端面度和后端面发发射率射率。86.SOA全光波全光波长转换长转换器的研究器的研究利用单端SOA中的双程增益差和后端面的透射损耗来改善输出消光比特性转换输转换输出特性出特性显显著著改善！改善！固定固定输输出全光波出全光波长转换长转换器器87.10Gb/s 223-1伪随机信号波长转换输出结果输出结果：最佳转换效率大于0dB，最佳输出消光比大于10dB20Gb/s 223-1伪随机信号波长转换输出结果88.交叉增益交叉增益调调制型可制型可调谐调谐全光波全光波长转换长转换器器10Gb/s可调谐全光波长转换模块基于可调谐激光器和单端SOA实现交叉增益调制型10Gb/s40nm范围内可调谐全光波长转换10Gb/s 223-1伪随机信号波长转换输出结果合适条件下，40nm范围内输出消光比大于10dB，转换效率大于0dB.89.基于基于SFRLSFRL（SOASOA环环形腔激光器）的自启形腔激光器）的自启动动可可调谐调谐全光波全光波长转换长转换器器实现了40Gb/s40nm范围内连续可调的可调谐全光波长转换器，输出消光比大于10dB！SOA既是环形腔激光器的增益介质又是实现波长转换的工作物质，可以实现无需外界探测光的可调谐波长转换！90.基于基于SFRLSFRL（SOASOA环环形腔激光器）的四波混形腔激光器）的四波混频频型可型可调谐调谐全光波全光波长转换长转换器器 1544.56nm 1560.96nm 从光谱上看，可调谐范围超过32nm!91.SOA全光全光逻辑门逻辑门的研究的研究基于基于级联级联波波长转换长转换器的全光器的全光逻辑门逻辑门20Gb/s logic AND operation20Gb/s logic NOR operation 基于级联的交叉增益调制型波长转换器，选择合适的工作条件，同时实现全光逻辑与门和或非门!92.20Gb/s all-optical logic NOR gate基于基于SOASOA环环形腔激光器波形腔激光器波长转换长转换的全光的全光逻辑逻辑或非或非门门93.超短光脉冲源的研究超短光脉冲源的研究10GHz外界光信号引起SOA的增益调制，进而引起环形腔内部增益的调制，实现主动锁模94.20GHz40GHz95.10GHz有理数有理数锁锁模模96.基于基于SOASOA的全光的全光3 3R R再生再生全光全光码码型型转换转换（NRZ-PRZ）SOANRZ信号PRZ信号10Gb/s伪随机NRZ-PRZ40Gb/s自编码NRZ-PRZ(码型效应比较严重）97.全光时钟恢复基于主动锁模的SOA环形腔激光器40G伪随机RZ信号恢复出的40GHz时钟NRZPRZCLOCK98.