半导体光放大器非线性特性在光纤通信中的应用

论文摘要

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。SOA在光纤通信中的应用大体分为两个方面:一方面,SOA作为增益器件在光网络中被用作功率提升器、在线放大器、以及前置放大器。另一方面,基于SOA的非线性特性(如交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)、自相位调制(SPM)和四波混频(FWM)等),可实现波长变换、光开关、光逻辑、光时钟恢复等。 在本论文中,为了准确描述SOA对光脉冲的影响,在关于SOA的理论模型中包含了受激辐射消耗载流子引起的增益饱和、带内载流子加热和光谱烧孔引起的增益压缩,增益非对称和漂移,以及随位置和时间变化的载流子寿命等物理机制。 提出利用SOA环形腔和非线性光学环镜(NOLM)对锁模脉冲进行压缩的方案。该方案利用入射的锁模脉冲沿SOA环形腔传输一周后与后续脉冲之间发生干涉,环形腔中的SOA提供一定的增益和非线性相移,使脉冲得到压缩,峰值功率得到提高;从SOA环形腔中输出的具有较高基座的脉冲再入射到NOLM中进行消基座处理,同时脉冲被进一步压缩。对输入功率为1mW,脉宽为20ps的入射锁模脉冲,脉冲压缩因子超过117,输出脉冲FWHM小于150fs,峰值功率达到6W且基本无基座。 提出利用SOA环形腔实现全光频率倍增和时钟恢复的新方法。该方法在抑制脉冲振幅抖动(CAJ)、提高输出脉冲功率方面具有显著优势。2.5GHz光脉冲注入环形腔,可输出重复频率为5—25GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序言
• §1.1 光通信技术的发展现状和趋势
• §1.1.1 向超大容量、超长距离波分复用、光时分复用和两者混合的方向发展
• §1.1.2 光孤子通信技术
• §1.1.3 未来光传输方案
• §1.1.4 光纤技术的新进展
• §1.1.5 光放大器
• §1.2 本论文的主要工作及创新点
• 参考文献
• 第二章 半导体光放大器
• §2.1 半导体光放大器概论
• §2.2 半导体光放大器的基本原理与器件结构
• §2.3 光纤通信对光放大器性能要求
• §2.4 半导体光放大器的研究进展
• §2.4.1 优化量子阱结构的设计
• §2.4.2 建立量子点光放大器新的增益模型
• §2.4.3 采用新的量子溅射工艺
• §2.4.4 掺氮元素改善SOA特性
• §2.5 半导体光放大器在光通信系统中的应用
• §2.5.1 基本的网络应用
• §2.5.2 半导体光放大器的非线性应用
• §2.5.3 半导体光放大器的功能应用
• 参考文献
• 第三章 利用SOA环形腔和NOLM对锁模脉冲进行压缩
• §3.1 引言
• §3.2 模型
• §3.3 理论分析
• §3.3.1 脉冲在SOA环形腔的传输
• §3.3.2 脉冲在NOLM的传输
• §3.4 结果与讨论
• §3.4.1 SOA环形腔对入射脉冲的压缩研究
• §3.4.2 NOLM对从SOA环形腔中出射的脉冲的消基座研究
• §3.4.3 DSF的长度对消基座效果的影响
• §3.5 结束语
• 参考文献
• 第四章 基于半导体光放大器环形腔的全光频率倍增和时钟恢复
• §4.1 引言
• §4.2 模型
• §4.3 理论分析
• §4.4 结果与讨论
• §4.5 结束语
• 参考文献
• 第五章 基于半导体光放大器交叉偏振调制的波长转换的理论研究
• §5.1 引言
• §5.2 模型
• §5.3 理论分析
• §5.4 结果与讨论
• §5.5 结束语
• 参考文献
• 结论
• 在读期间撰写的部分论文
• 致谢