2012第二章1（有源）.ppt

2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 2、 SOA的结构 SOA有两种主要结构，即法布里-珀罗放大器（FPA）和非谐振的行波放大器（TWA）。 第二章 光纤通信器件 在FPA中，形成PN结有源区的晶体的两个解理面作为法布里-珀罗腔的部分反射镜，其自然反射率达到32%。为了提高反射率，可在两个端面上镀多层介电薄膜。当光信号进入腔内后，它在两个端面来回反射并得到放大，直至以较高的功率发射出去。FPA的制作容易，但要求注入电流和温度的稳定性较高，光信号的输出对放大器的温度和入射光的频率变化敏感。 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA TWA的结构与FPA的基本相同，但两个端面上镀的是增透膜，习惯称为防反射膜或涂层AR。镀防反射涂层的目的是为了减少SOA与光纤之间的耦合损耗，因此有源区不会发生内反射，但只要注入的电流在阈值以上，在腔内仍可获得增益，入射光信号只需通过一次TWA就会得到放大。 TWA的功率输出高，对偏振的灵敏度低，光带宽宽，因而它比FPA使用得更广。 第二章 光纤通信器件 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 SOA最大的优点是它使用InGaAsP来制造，因此体积小、 紧凑，可以与其他半导体和元件集成在一起。 第二章 光纤通信器件 SOA的应用主要集中在以下几个方面。 1）光信号放大器 因为在世界范围内已铺设了大量的常规单模光纤， 还有很多系统工作在1.30μm波段，并需要周期性的在线放大器，而工作波长为1.30μm的EDFA目前尚未达到实用化的水平，所以仍然需要SOA。 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 2）光电集成器件 半导体放大器可与光纤放大器相抗衡的优点是体积小、成本低以及可集成性,即可以集成在含有很多其它光电子器件(例如激光器和检测器)的基片上。 第二章 光纤通信器件 3）光开关 除了能提供增益外，半导体放大器在光交换系统中可以作为高速开关元件使用。因为半导体在有泵浦时可以产生放大，而在没有泵浦时产生吸收。 只有半导体放大器才能够完成高速交换，在光纤放大器中由于载流子寿命太长而难以做到这一点。 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 4）全光波长变换器AOWC SOA的一个主要应用是利用SOA中发生的交叉增益调制（XGM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）效应来实现波长转换。 第二章 光纤通信器件 交叉增益调制（XGM） 当信号光强度减弱时，SOA的增益变大。因而当有调制信息（“1”或“0”）的泵浦波注入SOA时，泵浦信号将调制SOA的载流子密度，从而调制增益（“无”或“有”）。 同时，注入的CW探测波的强度变化也受增益变化影响而按泵浦信号的调制规律变化，用带通滤波器取出变换后的λs信号，即可实现从λp到λs的AOWC。 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 4）全光波长变换器AOWC 第二章 光纤通信器件 交叉增益调制（XGM） 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 4）全光波长变换器AOWC 第二章 光纤通信器件 交叉相位调制（XPM） 当泵浦光入射到SOA中时，载流子的变化将引起SOA两方面的变化：一是SOA增益的变化；二是SOA折射率的变化。 根据SOA中增益变化的原理，人们制成了基于SOA中XGM型的全光波长变换器。根据泵浦光造成的SOA中折射率变化的原理，人们制成了基于SOA中交叉相位调制(XPM)的全光波长变换器。 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 4）全光波长变换器AOWC 交叉相位调制（XPM） 第二章 光纤通信器件 MZI型SOA-XPM型AOWC 2.2 光放大器 五、半导体光放大器SOA 3、 SOA的应用 4）全光波长变换器AOWC 交叉相位调制（XPM） 波长为λc的探测波(CW)和波长为λs的信号光(或称泵浦光)从不同的方向耦合到干涉仪的两波导臂上，信号光“0”、 “1”的变化，将引起折射率随之变化，探测光通过两臂后相位差也发生变化。适当的调整既可以使相位差为“0”，也可以为“π”，前者输出信号为“1”，后者输出为“0”，从而实现了对耦合进SOA1的探测光的相位调制。 如果信号光功率使CW（连续光）光相位在“0”和“π”之间变化， 也就实现了信号从λs到λc的变换。