小信号增益及环时间非对称性对TOAD开关特性的影响-东南大学学报.PDFVIP

第３０卷第３期 东南大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ３０Ｎｏ３ 　 ２０００年５月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｙ２０００ 　　　　　　 小信号增益及环时间非对称性对ＴＯＡＤ开关特性的影响 逄焕刚　 何瑾琳　 张志远　孙小菡　 张明德 （东南大学电子工程系，南京２１００９６） 摘　要　充分考虑了太赫兹光非对称解复用器（ＴＯＡＤ）中半导体光放大器（ＳＯＡ）的 增益饱和与恢复的影响，深入分析研究了小信号增益及环时间非对称性对ＴＯＡＤ开 关特性的影响．结果表明：小信号增益对开关窗口的形状影响显著，但对宽度影响很 小；在环中点附近的某一定范围内，ＴＯＡＤ解复用输出随环时间非对称性的变化而急 剧变化，严重影响ＴＯＡＤ的输出性能． 关键词　ＴＯＡＤ；小信号增益；环时间非对称性；开关特性 分类号　ＴＮ９１１７４ ［１］ 太赫兹光非对称解复用器（ＴＯＡＤ） 响应快、稳定性好、易于集成，是高速光时分复用 （ＯＴＤＭ）系统的一种理想解复用器．Ｊ．Ｍ．Ｔａｎｇ等［２］同时考虑半导体光放大器（ＳＯＡ）的增益 饱和效应和非线性增益压缩效应，研究了几种不同小信号增益时ＴＯＡＤ解复用输出功率随信 号光相对于控制光时延的变化关系．但他们着重于研究控制脉冲宽度小于２ｐｓ时的非线性增 益压缩效应，且没有对小信号增益连续变化的情形加以研究．尽管 Ｍ．Ｇ．Ｋａｎｅ等［３］对非对称 光环镜的取样函数与环时间非对称性的关系作了探讨，但他们是分别基于振幅调制和相位调 制两种运转模式．另外，Ｋ．Ｉ．Ｋａｎｇ等［４］也对环时间非对称性的影响作过研究，但他们的研究 是基于以下假设：脉冲包络在穿过非线性元件（ＮＬＥ）前后保持不变、增益和相位随控制脉冲能 量呈线性变化、ＮＬＥ光特性的恢复呈简单的指数关系等．本文充分考虑了 ＳＯＡ增益饱和与恢 复阶段的影响，深入研究了高速率情况下小信号增益和环时间非对称性对ＴＯＡＤ开关特性的 影响． １　理论模型 ＴＯＡＤ结构如图 １所示．设 ＮＬＥ为ＳＯＡ，定义环非对称 时间为 ｔ＝ ｘ／ｖ，式中 ｘ为ＳＯＡ偏离环中点的距离，ｖ为 Δ Δ ｌ Δ ｌ 光脉冲在环内的传输速度．信号脉冲由端口Ａ输入，经３ｄＢ 耦合器分成两束，一束沿顺时针（ＣＷ）方向传输，另一束沿逆 时针（ＣＣＷ）方向传输．绕环一周后返回３ｄＢ耦合器输出．当 图１　ＴＯＡＤ示意图 没有控制光注入时，由于ＳＯＡ对两信号光的影响相同，信号光全部从端口Ａ返回．但当控制脉 冲通过环内耦合器注入时，由于控制脉冲使ＳＯＡ的增益特性受到调制，从而影响信号光的功 　 收稿日期：１９９９－１１－０４．　第一作者：男，１９６９年生，博士研究生． 第３期 逄焕刚等：小信号增益及环时间非对称性对ＴＯＡＤ开关特性的影响 ３７ 率和相位，端口Ｂ可能有解复用信号光输出．改变ＳＯＡ的小信号增益，可以改变ＳＯＡ的动态 增益响应，使两信号光受到的影响不同，从而控制输出．在本文的分析中，假设控制脉冲的能量 足够大，可以显著调制ＳＯＡ，而信号光的能量则相对较小，对ＳＯＡ的影响可忽略不计． 假设光脉冲在传输过程中偏振方向保持不变，其沿ＳＯＡ纵向ｚ的传播方程［５］可表示为 Ａ（ｚ，ｔ） Ａ（ｚ，ｔ） 　　ｊ １ｊ ｉ ｇ（ｚ，ｔ） １ （１） ＋ ＋ ｇ（ｚ，ｔ）Ａ（ｚ，ｔ）－ Ａ（ｚ，ｔ）＝－ Ａ（ｚ，ｔ） α α ｚ ｖ ｔ ２ ｊ ２ ｊ