1、半導(dǎo)體光放大器及其在全光信號處理技術(shù)中的應(yīng)用,張新亮,第一部分半導(dǎo)體光放大器及其應(yīng)用基礎(chǔ),半導(dǎo)體光放大器基本概念 半導(dǎo)體光放大器理論模型 半導(dǎo)體光放大器應(yīng)用的基本原理,（一） 半導(dǎo)體光放大器基本概念 工作原理 特點 存在問題及解決方案,半導(dǎo)體光放大器原理及性能,工作原理與半導(dǎo)體激光器類似：受激輻射 不同點： 1）LD中激發(fā)受激輻射的光子產(chǎn)生于自發(fā)輻射，放大的自發(fā)輻射；SOA中激發(fā)的光子是外界的輸入信號，放大光信號； 2）LD中端面反射率越高，越容易激射（鍍增反膜）；SOA中鍍增透膜；,特點,優(yōu)點：體積小，便于集成（大規(guī)模陣列），增益帶寬寬，可適合工作波長范圍（1200-1700nm），載流子恢

2、復(fù)時間快，動態(tài)特性好，便于光信號處理； 存在問題： 端面剩余反射引起的增益紋波 噪聲指數(shù)（放大的自發(fā)輻射噪聲） 有限的飽和輸出功率（增益飽和） 偏振相關(guān)性,解決方案增益紋波,1）直腔的端面反射率需要控制在106量級； 2）目前普遍采用斜腔鍍膜,Fiber input,Fiber output,3)掩埋窗口,解決方案噪聲指數(shù),粒子數(shù)反轉(zhuǎn)參數(shù),過剩噪聲參數(shù),輸入端耦合效率,噪聲指數(shù)與輸入端耦合效率相關(guān)！,與SOA單片集成模斑變換器,實用的技術(shù)：錐形光纖（透鏡光纖）,解決方案-偏振相關(guān)性（1）,體材料SOA中,偏振相關(guān)增益,可以做成方形，亞微米級寬有源區(qū),應(yīng)變量子阱SOA,解決方案-偏振相關(guān)性（2）

3、,壓應(yīng)變,無應(yīng)變,張應(yīng)變,解決方案-偏振相關(guān)性（3）,張應(yīng)變量子阱中,適當(dāng)條件,偏振不相關(guān),需要比較大的應(yīng)變,解決方案偏振相關(guān)性（4）,張應(yīng)變體材料（引入比較小的張應(yīng)變） Alcatel，錐形有源區(qū)，器件纖到纖增益達(dá)29dB，偏振相關(guān)性小于0.3dB;,解決方案-增益線性（1）,放大外界光信號與內(nèi)部激射光對載流子消耗（受激輻射）的競爭,解決方案-增益線性（2）,集成的垂直腔激光器對放大器的增益進(jìn)行鉗制,State-of-art, 3dB 帶寬bandwidth 70nm 增益GAIN(Fiber-to-fiber) 30dB 增益波紋(gain ripple) 0.1-0.3dB 飽和輸出功率

4、 (saturated output power) +17 dBm 噪聲指數(shù)（noise figure）： 68 dB 偏振相關(guān)性（polarization dependance）：1dB,其它技術(shù)-量子點SOA,量子點SOA增益帶寬可達(dá)300nm，最大輸出功率可接近20dBm，噪聲指數(shù)小于5dB，載流子恢復(fù)時間更快（體材料1ns，量子阱400ps，量子點幾十ps）；,其它技術(shù)-光泵浦垂直腔SOA,980nm泵浦提供粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，放大1310nm光信號，但目前增益只有13dB左右，1550nm尚無法實現(xiàn),（二） 半導(dǎo)體光放大器理論模型,載流子速率方程,載流子注入,缺陷復(fù)合、自發(fā)輻射復(fù)合、俄歇復(fù)合

5、引起載流子消耗,放大自發(fā)輻射（受激輻射）引起的載流子消耗,放大外界輸入光信號（受激輻射）引起的載流子消耗,動態(tài)數(shù)值分析模型,考慮載流子的沿有源區(qū)長度方向分布的不均勻性，將SOA分成M段，每一小段看成一個整體；,Nk,R1,R2,SOA中第K段,放大自發(fā)輻射噪聲及引起載流子消耗的處理,等效矩形法,方法簡單，適用于考慮放大自發(fā)輻射引起載流子消耗,譜分段法：適用于模擬輸出ASE譜，更精確的等效矩形法,放大自發(fā)輻射的傳播,增益紋波的處理,考慮端面剩余反射的情況下，ASE譜不會是光滑的，而會出現(xiàn)左圖所示的調(diào)制：與諧振腔的駐波頻率相關(guān)。,諧振腔的縱模間隔,光譜分段的寬度,考慮的光譜范圍,載流子壽命,有效載

6、流子恢復(fù)時間的概念,增益色散性和增益譜非對稱性,邊界條件,動態(tài)方程的解法,穩(wěn)態(tài)解的確定提供解動態(tài)方程的初始條件或計算穩(wěn)態(tài)特性,1）假設(shè)SOA已處于穩(wěn)定狀態(tài)，用任意的初始值去試，然后按照一定的迭代逼近法去逐漸逼近穩(wěn)態(tài)值（載流子速率方程等式右邊為0）-打靶法；,2）按照入射光在SOA中傳播的路線，一步步往前計算；,最后計算得到前后兩次載流子濃度相差小于某一個判據(jù),動態(tài)解的確定,SOA,穩(wěn)態(tài)輸出光譜,蔣中計算結(jié)果,(三) 半導(dǎo)體光放大器應(yīng)用的基本原理,光場傳播方程,一階非線性極化（增益的飽和）：增益的調(diào)制和折射率的調(diào)制,三階非線性極化（載流子密度脈動、載流子加熱和光譜燒孔）,對應(yīng)半導(dǎo)體光放大器中的靜

7、態(tài)非線性效應(yīng)，與頻率失諧無關(guān)，主要由光譜燒孔和載流子加熱兩種帶內(nèi)過程引起；,對應(yīng)半導(dǎo)體光放大器中的動態(tài)非線性效應(yīng)，與頻率失諧有關(guān)，由光譜燒孔和載流子加熱兩種帶內(nèi)過程以及載流子密度脈動這種帶間過程三種效應(yīng)共同引起；l=m對應(yīng)Bogatov效應(yīng)，強(qiáng)泵浦情況下的信號增益不對稱； 對應(yīng)四波混頻效應(yīng),SOA中的非線性效應(yīng),和頻,四波混頻,簡并四波混頻,自相位調(diào)制，雙光子吸收，增益或損耗飽和,交叉相位調(diào)制，喇曼增益,SOA中的非線性效應(yīng)(pump-probe方案探測),各種動態(tài)效應(yīng)的響應(yīng)時間,瞬態(tài)效應(yīng)：雙光子吸收、光學(xué)克爾效應(yīng) 50200fs：光譜燒孔、載流子加熱 600fs-1ps: 載流子致冷 1ps

8、-10ps: 空間傳播 100ps-1ns: 載流子恢復(fù),SOA中的增益飽和,Input signal,Pump (CW),Output signal,基于交叉增益調(diào)制的全光波長轉(zhuǎn)換,目前采用2mm長的SOA可以實現(xiàn)100Gb/s的全光波長轉(zhuǎn)換,SOA中的相位調(diào)制,輸入功率隨時間變化,SOA載流子濃度隨時間變化,SOA有源區(qū)折射率隨時間變化,傳播常數(shù)隨時間變化,相移量隨時間變化,相位調(diào)制,關(guān)鍵如何提取出相位變化量!,基于SOA的馬赫澤德干涉儀（SOA-MZI ）,1）一個SOA有泵浦光經(jīng)過，另一個SOA沒有泵浦光經(jīng)過，探測光經(jīng)過兩個SOA會經(jīng)歷不同的相移，在干涉儀的輸出端口產(chǎn)生干涉，將相位差信

9、息轉(zhuǎn)變成強(qiáng)度信息； 2）泵浦光經(jīng)過耦合器分路后，以不相等的功率經(jīng)過兩個SOA，引起不同的折射率改變，探測光感生不同的相移，經(jīng)干涉將相位差信息變成強(qiáng)度信息；,t,Input signal,CW,Output signal,Regeneration and wavelength conversion 40 Gbit/s,基于SOA的邁克耳遜干涉儀,半透半反端面,邁克耳遜干涉結(jié)構(gòu)：泵浦光引起SOA1中的相位調(diào)制，連續(xù)光從SOA1和SOA2的后端面反射，經(jīng)耦合器產(chǎn)生干涉，端口2輸出的連續(xù)光波長上攜帶泵浦光上的調(diào)制信息,1,2,基于SOA的非線性光環(huán)鏡（SOALOM）,SOA偏離環(huán)鏡的中心位置，輸入信號

10、經(jīng)耦合器分成順時針方向和逆時針方向的兩路信號，在不同的時刻經(jīng)過SOA，而SOA在控制光經(jīng)過之后，在不同的時刻載流子濃度不同（恢復(fù)階段），因而不同方向的兩路信號經(jīng)過SOA之后會感生不同的相移，同時到達(dá)輸出端口產(chǎn)生干涉，將相位差信息轉(zhuǎn)變成強(qiáng)度信息。,基于SOA的延時干涉結(jié)構(gòu)（SOA-DI）,信號光和控制光經(jīng)SOA后產(chǎn)生交叉增益調(diào)制效應(yīng)的同時還會產(chǎn)生交叉相位調(diào)制，對于連續(xù)的信號光來說，由于不同的時刻有不同的載流子濃度因而有不同的感生相移。窄帶濾波器濾出信號光，再經(jīng)耦合器將信號光分成兩路，但這兩路光將經(jīng)歷不同的延時到達(dá)輸出端口，反而言之，在輸出端口相遇的兩路光是在不同的時刻經(jīng)過SOA的，因而有不同的相

11、移（相位差），經(jīng)干涉將這種相位差信息變成強(qiáng)度變化信息。,基于SOA的超快非線性干涉儀（SOA-UNI）,信號光經(jīng)偏振保持光纖（存在快軸和慢軸）之后，分成相互正交間隔一定時隙的兩路信號光，控制光經(jīng)過SOA之后，SOA中不同的時刻有不同的載流子濃度，相互正交的兩路信號光經(jīng)過SOA時會感生不同的相移，而這兩路光再經(jīng)過相等長度的PMF（快慢軸與前一個相反）合在一起，經(jīng)檢偏器產(chǎn)生干涉,SOA中的四波混頻效應(yīng),譜反轉(zhuǎn),泵浦光為連續(xù)光，用于波長轉(zhuǎn)換和中途譜反轉(zhuǎn)（色散補(bǔ)償）； 泵浦光為脈沖光，用于光采樣和解復(fù)用、光邏輯,四波混頻效應(yīng)中的傳輸方程,泵浦光場,信號光場,轉(zhuǎn)換光場,SOA中的交叉偏振調(diào)制效應(yīng),SOA

12、的載流子濃度受到信號光的強(qiáng)度調(diào)制，從而同時影響探測光的強(qiáng)度和相位，導(dǎo)致探測光的偏振態(tài)發(fā)生改變。 XGM與XPM的綜合作用. 利用偏振控制器和檢偏器將這種偏振態(tài)的調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制，得到轉(zhuǎn)換后的信號光。,CPM-SOA波長轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理圖,SOA環(huán)腔激光器,波長轉(zhuǎn)換 全光邏輯 超短光脈沖,第二部分全光信號處理某些關(guān)鍵技術(shù),引言 關(guān)鍵技術(shù)：全光放大、全光波長轉(zhuǎn)換、全光3R再生、全光邏輯和全光解復(fù)用,1. 引言,什么是“全光信號處理”？ 利用全光的方法對光信號進(jìn)行處理（放大、光束變換、信息提取、信息運算等）； 用光來控制光，避免光電和電光轉(zhuǎn)換； 對光信號（carrier）上攜帶的信息進(jìn)行處理； 利

13、用光信號對另一個光信號的振幅、相位或頻率信息進(jìn)行變換和控制。,涉及的關(guān)鍵技術(shù)：,全光放大； 全光波長轉(zhuǎn)換； 全光3R再生； 全光邏輯； 全光運算功能（例如：全光編碼/全光誤碼計算）； 全光緩存； 全光采樣； 全光解復(fù)用/全光分插復(fù)用； 全光時域信號/空域信號轉(zhuǎn)換； 全光模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換； 全光OTDM信號/DWDM信號轉(zhuǎn)換；,全光波長轉(zhuǎn)換是各種全光信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)！,SOA的特點：,體積小，便于集成（大規(guī)模陣列），增益帶寬寬，可適合工作波長范圍（1200-1700nm），載流子恢復(fù)時間快，動態(tài)特性好，便于光信號處理； 存在問題： 端面剩余反射引起的增益紋波， 噪聲指數(shù)（放大的自發(fā)輻射噪

14、聲），有限的飽和輸出功率（增益飽和），偏振相關(guān)性 SOA中的交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制、自相位調(diào)制、四波混頻和交叉偏振效應(yīng)等被廣泛利用來實現(xiàn)各種全光信號處理功能。,基于SOA的關(guān)鍵器件,長有源區(qū)SOA； 量子點SOA； SOAMZI ； SOAMI ； SOA-DI ； SOALOM ； SOA-UNI SOA環(huán)形腔激光器； 級聯(lián)的XGM波長轉(zhuǎn)換器；,2. 全光信號處理的關(guān)鍵技術(shù),全光放大 全光波長轉(zhuǎn)換 全光3R再生 全光邏輯 全光解復(fù)用/全光分插復(fù)用,全光放大（摻鉺光纖放大器EDFA）,EDFA性能穩(wěn)定、增益高、噪聲指數(shù)34dB、高飽和輸出功率（10w輸出）、便于多信道放大。 存在問題：增益

15、平坦、增益瞬態(tài)、增益帶寬拓寬,全光放大（喇曼放大RA）,RA噪聲低，分布式放大，用普通傳輸光纖作為增益介質(zhì)，但增益較低（10dB左右），所需泵浦光功率較大，容易損傷光纖。采用多個泵浦波長泵浦，可實現(xiàn)80nm范圍內(nèi)增益平坦。,全光放大（半導(dǎo)體光放大器SOA）,A 1550 nm semiconductor optical amplifier using a InGaAsP chip,SOA做線性應(yīng)用：放大，與探測器集成做前置放大，SOA與陣列波導(dǎo)光柵集成構(gòu)成光開關(guān)矩陣。最大優(yōu)勢：集成，可實現(xiàn)增益帶寬200nm，電光效率高。SOA最大的問題：ASE噪聲，交叉增益調(diào)制。,全光放大還有全光參量放大，摻

16、鐠光纖放大器，光纖布里淵放大器,全光波長轉(zhuǎn)換（SOA交叉增益調(diào)制）,SOA,Input signal,Pump (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型波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換效率高，輸入功率動態(tài)范圍大，可以偏振不敏感。但輸出消光比退化嚴(yán)重，高速波長轉(zhuǎn)換時碼型效應(yīng)嚴(yán)重（載流子恢復(fù)時間限制）。高速與消光比之間是個矛盾。長有源區(qū)、高的模場限制因子

17、SOA有助于高速和高輸出消光比。同時大的增益調(diào)制會伴隨大的啁啾。,全光波長轉(zhuǎn)換（SOA交叉相位調(diào)制MZI）,XPM-SOA-MZI型波長轉(zhuǎn)換器輸出信號質(zhì)量好，啁啾可控制，輸出可反轉(zhuǎn)也可不反轉(zhuǎn)，偏振不敏感，可級聯(lián)性好，用途廣（可廣泛用于其它應(yīng)用中）。但缺點是：輸入功率動態(tài)范圍小，需要單片集成，難以調(diào)整和控制。,采用差分干涉結(jié)構(gòu)最高可實現(xiàn)80Gb/s的波長轉(zhuǎn)換！,全光波長轉(zhuǎn)換（SOA交叉相位調(diào)制其它結(jié)構(gòu)）,半透半反端面,1,2,邁克耳遜干涉結(jié)構(gòu),SOA-DI,SOALOM,SOA-UNI,相位調(diào)制的同時，會伴隨增益調(diào)制，對輸出消光比有影響。可以采用增益透明SOA，產(chǎn)生很大相移的同時，增益調(diào)制很小。

18、SOA增益峰值1300nm，工作在1550nm窗口。,全光波長轉(zhuǎn)換（SOA四波混頻型FWM）,SOA,pump,signal,Output signal,譜反轉(zhuǎn)對稱,泵浦光為連續(xù)光可實現(xiàn)中途譜反轉(zhuǎn)和波長轉(zhuǎn)換。可同時實現(xiàn)多波長轉(zhuǎn)換，對速率和格式完全透明。無論SOA是否偏振無關(guān)，都具有內(nèi)在的偏振相關(guān)性；轉(zhuǎn)換效率較低，隨轉(zhuǎn)換間隔加大急劇降低，光信噪比較差。上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換效率有差別：CDP和CH之間的相對位相與頻率失諧的正負(fù)無關(guān)，而CDP和SHB之間的相對位相則與的正負(fù)有關(guān)，0時二者則產(chǎn)生有益的干涉作用增強(qiáng)四波混頻效應(yīng) 。,采用2mm長SOA可實現(xiàn)100Gb/sFWM波長轉(zhuǎn)換; 2004年采用雙泵浦1

19、480nm輔助光方案實現(xiàn)10G的80nm范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換效率大于10dB。,全光3R再生基本概念,3R：Re-amplification, Re-timing, Re-shaping 解決噪聲、串音和抖動問題 2R： Re-amplification, Re-shaping 解決噪聲和串音問題,全光2R一般用干涉型波長轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)； 全光3R關(guān)鍵是全光時鐘恢復(fù)和光判決門；RZ信號再生包括時鐘恢復(fù)和光判決。而NRZ信號再生還需要先進(jìn)行碼型轉(zhuǎn)換，將NRZ信號轉(zhuǎn)換成RZ信號或PRZ信號，進(jìn)行時鐘恢復(fù)，利用恢復(fù)出的時鐘進(jìn)行光判決。,全光3R再生時鐘恢復(fù),Self-pulsating multi-secti

20、on DFB-LD,自脈動效應(yīng)的多段結(jié)構(gòu)DFB激光器等效于兩個DFB激光器加上相位調(diào)整區(qū)，兩個DFB激光器(不同的布拉格光柵)的模式之間相互干擾，中間相位區(qū)引入相移和時延，調(diào)整相移，兩個模式之間拍效應(yīng)引起自脈動輸出。 可實現(xiàn)160Gb/s的全光時鐘恢復(fù)！,Phase-locked loop with SLALOM,SLALOM作鑒相器，可調(diào)鎖模激光器TMLL的重復(fù)頻率取決于壓控振蕩器VCO。PD是慢響應(yīng)（帶寬100MHz）的光探測器。只有當(dāng)VCO的頻率等于輸入信號的基頻時，PD的輸出會是DC信號，其幅度取決于輸入信號與控制信號之間的相位差。另一個PD是為了使相位比較信息變成雙極性信號，構(gòu)成閉環(huán)

21、控制，自動調(diào)整到輸入信號的基頻。目前已能從160G的OTDM信號中提取出10G的光時鐘。,MZI和UNI也可作為PLL的鑒相器!,全光3R再生時鐘恢復(fù),單片集成的鎖模LD,利用光學(xué)同步的方法最高可實現(xiàn)480GHz的光時鐘恢復(fù)！,基于SOA的光纖環(huán)形腔激光器,8字型激光器,輸入光脈沖引起SOA的增益調(diào)制，進(jìn)而引起環(huán)形腔激光器的調(diào)制，形成主動鎖模，實現(xiàn)光時鐘恢復(fù)！,右邊的環(huán)的透射率受輸入數(shù)據(jù)的調(diào)制，相當(dāng)于引起左邊環(huán)內(nèi)部增益的調(diào)制。（SLALOM透射特性）,碼型效應(yīng)比較嚴(yán)重,SOA-MZI實現(xiàn)全光3R再生（80G）,全光3R再生光判決門,SOA-DI實現(xiàn)全光3R再生（168G）,SLALOM實現(xiàn)全光

22、3R再生,SOA-UNI實現(xiàn)全光3R再生,全光3R再生全光碼型轉(zhuǎn)換,NRZ信號,PRZ信號,方案簡單，輸出信號質(zhì)量較好，在上升沿提取光脈沖，需要較窄的光濾波器。如果做成與SOA集成的窄帶濾波器，應(yīng)該具有極大的研究價值、,SOA中的自相位調(diào)制效應(yīng),單片集成有源麥克爾遜干涉儀實現(xiàn)RZ-to-NRZ轉(zhuǎn)換,RZ信號從其中一個干涉臂注入，引起該干涉臂上SOA的折射率和位相變化，由于載流子濃度的調(diào)制帶寬有限，注入的RZ光脈沖會展寬。這種脈沖展寬效應(yīng)再結(jié)合干涉儀的正弦傳輸方程就可以實現(xiàn)RZ-to-NRZ轉(zhuǎn)換,非對稱馬赫曾德干涉儀(AMZI)實現(xiàn)NRZ-to-PRZ轉(zhuǎn)換,NRZ-PRZ-時鐘恢復(fù),當(dāng)AMZI滿

23、足消光干涉條件時，通過調(diào)整L或，AMZI就將NRZ信號轉(zhuǎn)換成PRZ信號,單片集成SOA/DFB激光器實現(xiàn)NRZ-to-RZ轉(zhuǎn)換,由于SOA的增益飽和特性，輸入“1”碼時，DFB激光器沒有光輸出，即輸出“0”碼；反之，輸入“0”碼，DFB輸出“1”碼，這樣就得到了交叉增益調(diào)制(XGM)型波長轉(zhuǎn)換。如果用時鐘信號來開關(guān)DFB部分（電控制），就得到了與時鐘信號同步的RZ信號 。,SLALOM實現(xiàn)全光碼型轉(zhuǎn)換,不同條件可以分別實現(xiàn)NRZ-RZ、RZ-NRZ和NRZ-PRZ轉(zhuǎn)換,半導(dǎo)體光放大器延遲干涉（SOA-DI）裝置實現(xiàn)RZ-to-NRZ轉(zhuǎn)換,通過調(diào)節(jié)延遲干涉裝置兩臂的延時和位相差，使兩路信號分量滿

24、足相消干涉條件就可以實現(xiàn)RZ-to-NRZ的轉(zhuǎn)換,全光邏輯門-基本概念,全光邏輯與門/全光波長轉(zhuǎn)換/全光解復(fù)用的內(nèi)在聯(lián)系：,同相的波長轉(zhuǎn)換相當(dāng)于輸入信號與連續(xù)光的與運算，SOA中的XPM、FWM和CPM可用作這種波長轉(zhuǎn)換。,全光3R中的光判決門可看成輸入信號與光時鐘信號的邏輯運算。此時光時鐘重復(fù)頻率等于光信號傳輸速率,全光解復(fù)用和全光采用可看成輸入光信號與某一重復(fù)頻率短脈沖光信號的與運算。此時該短脈沖信號重復(fù)頻率低于光信號傳輸速率。如：OTDM信號中的基頻速率。,通常專門討論的邏輯門是指兩路數(shù)據(jù)信號之間的邏輯運算，但在工作機(jī)理上并沒有差別。,全光XNOR門（SOA中的FWM和XGM同時作用）,

25、S1和S2的四波混頻，產(chǎn)生新頻率光信號上是AND門； S1和S2共同作用在另外一個光時鐘信號上，得到一個或非門的結(jié)果；分別濾出這兩個結(jié)果，用耦合器耦合到一起，得到XNOR門。,全光XOR門,交叉相位調(diào)制,交叉增益調(diào)制,交叉偏振調(diào)制,四波混頻,可工作在較高速率，需要采用DPSK信號,只需要一個SOA，需要精確控制輸入輸出光的偏振態(tài),結(jié)構(gòu)簡單，無需精確相位控制，偏振無關(guān)，輸出消光比不如XPM,全光邏輯與門,單個SOA中的交叉偏振調(diào)制實現(xiàn)全光邏輯與門（5G）,級聯(lián)的XGM效應(yīng),SOA中FWM和SOA-UNI都可以實現(xiàn)全光邏輯與門,全光邏輯OR門,耦合器,SOA,是否可以實現(xiàn)或門,全光邏輯NOR門,級

26、聯(lián)XGM效應(yīng),任意布爾運算功能全光邏輯門,SOA中FWM的偏振選擇性：,三路信號輸入時也必須滿足一定偏振態(tài)選擇條件，才會產(chǎn)生非簡并的四波混頻過程，如當(dāng)其中特定的一路信號與其它的兩路正交偏振時就不會產(chǎn)生四波混頻效應(yīng),首先要根據(jù)邏輯運算的真值表，利用解復(fù)用器、偏振分束器和位相延遲器對輸入信號進(jìn)行預(yù)編程，通過控制在不同的輸入支路中是否放置位相延遲器就可以實現(xiàn)任意的布爾運算功能。關(guān)鍵：偏移鍵控發(fā)射機(jī),全光分插復(fù)用（用于OTDM系統(tǒng)中的OADM）,區(qū)別于DWDM系統(tǒng)中的OADM,對同一波長上的時分復(fù)用信號進(jìn)行操作！上載信道直接采用耦合器即可，關(guān)鍵是下載信道。,基于SOALOM,在SLALOM的輸入端口用

27、環(huán)形器取出某一信道下載之后的數(shù)據(jù)，光時鐘信號作為控制光，調(diào)整延時，可使反射和透射的曲線互補(bǔ)。關(guān)鍵：在高速信號中，載流子恢復(fù)速度不夠，較難得到的位相差，需要選擇合適控制光和數(shù)據(jù)光功率。40GHz光時鐘的系統(tǒng)可工作。,基于SOA-UNI,兩段完全對稱的PMF難以完全匹配！,開關(guān)窗口取決于PMF長度，上面結(jié)果分別對應(yīng)t=8.6ps和4.3ps時，下載端口和反射端口的傳輸特性。該方案工作在80GHz時仍能提供大于10dB的消光比。,全光解復(fù)用,SOAUNI,注意：采用的是1310nm的控制光脈沖，使用的SOA增益峰值波長在1310nm。從1550nm160Gb/s的OTDM信號中分理處10Gb/s的信

28、號。,普通方案的UNI實現(xiàn)脈沖位置調(diào)制信號的解復(fù)用（類似于OTDM信號）,類似的方案實現(xiàn)40G到20G的解復(fù)用（使用金紅石晶體，TiO2）,SOA中的四波混頻,利用SOA陣列與集成的平面光波回路實現(xiàn)160G到20G的解復(fù)用； 利用PANDA光纖中的四波混頻效應(yīng)已能實現(xiàn)最高達(dá)500Gb/s信號的解復(fù)用，利用時間抖動小于100fs、脈寬小于1ps的超連續(xù)光脈沖作為500Gb/s的信號和10GHz的泵浦光脈沖，從500Gb/s的光信號中成功解復(fù)用出了10Gb/s的信號脈沖，并可以實現(xiàn)無誤碼操作； 利用SOA已能實現(xiàn)200Gb/s信號的偏振無關(guān)的解復(fù)用。,正交的FWM實現(xiàn)10G到2.5G的解復(fù)用,SOALOM（THz非對稱解復(fù)用器TOAD）,基于光纖的NOLM可實現(xiàn)640Gb/s的信號解復(fù)用，基于SLALOM可實現(xiàn)160Gb/s的信號解復(fù)用，單片集成是方向！,SOAMZI,單片集成是最大的優(yōu)勢，但目前可工作的速率不高，需要采用差分延遲干涉結(jié)構(gòu)！,3. 課題組取得的主要進(jìn)展,單端耦合SOA器件設(shè)計和研制,偏置電流200mA，小信號增益大于20dB； 3dB增益帶寬大于35nm；,降低制作難度，提供雙程增益！,用作波長轉(zhuǎn)換器的單端SOA參數(shù)優(yōu)化,用作全光波長轉(zhuǎn)換時，后端面反