基于半导体光放大器的激光器研究进展

光放大器作为光纤通信中必不可少的器件,促进了波分复用技术的发展,解决了光纤通信的无电再生中继问题。半导体光放大器(SOA)具有宽功率谱、可调谐波长、便于集成等光学特性,在激光器中有广泛的应用。文章介绍了半导体光放大器的激光器的研究进展,并列出了其不同的性能参数,提出了今后在科学创新和技术突破方面的研究重点。

包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器数值研究

采用自再现理论,对一种包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器进行了数值研究.研究结果表明:为了提高谐波锁模输出脉冲的质量,调制半导体光放大器应当保持高直流偏置,对自发辐射信号进行调制并提供锁模脉冲克服腔损耗所需的增益,而此时的增益半导体光放大器则被低直流偏置充当增益补偿器维持较窄的净增益窗口;与之相反,为了获得振幅均衡的有理数谐波锁模输出脉冲,调制半导体光放大器则应当偏置在较低的电流上,而增益半导体光放大器应当保持较高的偏置电流以提供足够的常量增益克服腔损耗.此外,还必须提高注入光信号的峰值功率.

基于半导体光放大器的可调谐多波长光纤激光器

报道了一种新型环形腔可调谐多波长光纤激光器,腔内以半导体光放大器为增益介质,利用高双折射光纤构成的高双折射环形镜的滤波特性,在室温下,获得了基本符合ITU-T标准100GHz的17个波长以上的稳定多波长输出.各信道峰值功率差小于6dB,线宽小于0.102nm,信噪比大于25dB·通过调节高双折射环形镜内的偏振控制器状态实现了这一组波长整体在50GHz范围内连续可调谐·并利用实验方法,对该光纤激光器应用于掺铒光纤放大器对多信道放大性能测试的可行性进行了初步探讨·

基于半导体光放大器的多波长激光器

介绍基于半导体光放大器的多波长激光器的基本构形。

基于SOA光纤环形激光器的分布式声传感系统

为了降低传统分布式声学传感器(DAS)系统复杂度并提高信噪比(SNR),提出了一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器(SOA-FRL)的DAS系统。该系统用SOA-FRL取代了传统的DAS系统中的窄线宽激光器和脉冲调制器,实现了高稳定的光脉冲输出;采用双脉冲外差探测方法,实现了精确的声信号探测和声源定位。实验结果表明:在频率为1 kHz、幅值为1.14 rad的声信号作用下,所提系统的解调SNR高达38.25 dB,空间分辨率为12 m。

基于半导体光放大器的双波长激光器的微波信号产生研究

提出一种新型的基于半导体光放大器(SOA)的双波长光纤光栅激光器,并将其应用于产生微波信号。一对均匀的光纤布拉格光栅用作激光器腔内波长的选择元件,级联的2个光纤布拉格光栅(FBG)确保双波长CW激光具有较窄线宽,并通过调节FBG的工作温度以获得频率可调的微波信号。研究结果表明,通过改变光纤布拉格光栅的工作温度,可以获得波长间隔可调的稳定的双波长连续波激光输出,波长间隔为0.18~0.6nm,对应的微波信号频率范围是22.5~74.9GHz。

半导体光纤环形腔激光器调谐特性的实验研究

采用国产半导体器件 ,组建了半导体光纤环形腔激光器 (FRSLs)的实验装置及相应的测试系统 ,系统地研究了FRSLs的输出和调谐特性。结果表明 ,已实现高速调制情况下的动态单纵模调谐 ,并获得波长调谐范围大于 36nm的稳定光脉冲输出。确立了FRSLs的阈值特性、输出功率等物理参量与振荡波长之间的关系 ,提出通过控制分光比来优化和兼顾FRSLs的调谐范围及输出功率。实验结果较好地与理论模拟结果相吻合 ,为进一步改善FRSLs的性能指标提供了实验依据。同时 ,这些分析与结论对于相关结构类型的激光器设计也具有一定的参考价值。

基于半导体光放大器环形腔的全光频率倍增／恢复

提出了一种利用具有干涉作用的半导体光放大器(SOA)环形腔实现全光频率倍增／恢复的新方法,该方法同相关实验比较具有显著优势。数值结果表明:2．5 GHz的光脉冲序列注入SOA环形腔,可输出重复频率为5-25 GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉冲序列; SOA的偏置电流对SOA环形腔输出脉冲振幅的均衡度影响显著,对于基频为2．5 GHz和10 GHz输入脉冲序列分别存在一最佳的SOA偏置电流值;从传输速率为2．5 Gbit／s的27-1伪随机信号中可提取出重复频率为分别2．5 GHz和5 GHz的幅度均衡的时钟信号。

半导体光纤环形激光器输出状态分析与分类

研究了不同注入电流、不同输出偏振度下,半导体光纤环形激光器输出光的混沌特性.分别采用时域观察法、C-C法、Wigner-ville分布时频分析法、最大Lyapunov指数法联合分析输出光的时域、频域统计特性.从而将激光器输出按偏振度划分为三类:偏振度在0%到20%,随着电流的增大,激光器输出偏振混沌激光,其类型发生阶跃性跳变;偏振度在30～80%,激光器输出仍以偏振混沌激光为主,其类型不随电流增大而发生跳变;偏振度趋于90～100%,激光器输出以强度混沌激光为主,偏振混沌光随着偏振度趋向100%而下降为零.利用虚假邻点法计算嵌入维数和回归图法重构吸引子,得到上述三种输出类型的复杂程度依次是:椭圆吸引子(6维)、方形吸引子(7维)、点形吸引子(5维).由此得出,半导体光纤环形激光器用于偏振混沌通信的最佳区域为:偏振度处于30%至80%,注入电流处于330mA～550mA.

掺铒光纤放大器放大高速ps半导体激光脉冲的研究

理论与实验研究了掺银光纤放大器放大高速PS半导体激光脉冲的行为，给出了放大高速光脉冲时放大器的增益特性与光脉冲占空比之间的关系，占空比越大，输出光脉冲的峰值功率越小，理论与实验结果较好地一致。

基于半导体环形激光器的光反馈动力学研究

为了研究半导体环形激光器在外部交叉光反馈情况下的非线性动力学特性,基于环形激光器的速率方程,采用数值仿真的方法,得到了各种反馈参量下的时间序列及功率谱,并研究了反馈系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响.结果表明,在各种不同外部反馈参量的情况下,环形激光器展现了单周期、多周期、低频反相波动以及混沌态等丰富的动力学态;在对称光反馈时,可得到最大为3.7GHz的混沌带宽;在时间不对称光反馈时,产生的混沌信号的时延特征被很好地抑制.该研究结果可为环形激光器的实际应用提供一定的理论参考.

基于半导体环形激光器的宽带宽混沌信号的获取

提出一种基于两个半导体环形激光器交叉耦合产生带宽增强的混沌光信号的方案,采用数值仿真的方法,得到几种特定参数下的时间序列及功率谱,并研究注入系数对混沌带宽及时间延迟特性的影响.结果表明:在正负频率失谐的情况下,混沌带宽都得到加强,并且有效的抑制混沌信号的时延特征.通过大范围扫描注入参数,可得到带宽最大为16GHz的混沌信号,能显著提高混沌保密通信的传输速率,研究结果可为环形激光器在混沌保密通信中的应用提供一定的理论参考.

用半导体环形激光器产生混沌信号

提出了一种由一个分布式反馈激光器为主激光器和一个半导体环形激光器为从激光器组成的主从式激光混沌系统方案,主激光器产生的光单向注入到从激光器中,通过调整注入系数、主从激光器的失谐频率和从激光器的偏置电流,使从激光器工作在混沌状态,输出混沌信号。从基于光注入条件下的环形激光器的速率方程组入手,数值模拟了主从激光器的失谐频率、注入系数和从激光器的偏置电流3个工作参量对从激光器输出动态的影响。研究表明:外光注入条件下,半导体环形激光器可以产生混沌信号。通过分析得出:当失谐频率为3.9GHz、注入系数为0.07、偏置电流为81mA时,环形激光器可以产生功率谱平坦、带宽较宽的高质量混沌信号。

光纤环形腔半导体激光器全光波长转换特性分析

提出了一种基于光纤环形腔半导体激光器的全光波长转换方案。利用稳态速率方程 ,导出了激光器有源区载流子密度与偏置电流及输入信号光功率关系的隐函数表达式。

垂直腔半导体光放大器的增益特性数值分析

结合垂直腔半导体光放大器(VCSOAs)的竖直微型腔结构带来的特性,在反射工作模式情况下,分析了VCSOAs的增益特性。通过数值求解激光器单模速率方程,给出了增益、饱和输出功率随泵浦光功率、出射腔面反射率的变化,分析了其功率动态范围。得出了提高腔面反射率能使增益得到增长,以及强泵浦光功率能起到平坦增益,增大增益的作用的结论。总结了VCSOAs设计中的一些规律,以作实际应用中参考。

垂直腔半导体光放大器带宽特性研究

为了研究垂直腔半导体光放大器(vertical cavity semiconductor optical amplifiers,VCSOA)中抽运光功率、分布布喇格反射镜(distributed Bragger reflector,DBR)周期数以及输入信号强度对其带宽特性的影响,采用传输矩阵法进行了数值模拟。计算模型中考虑了载流子和光强沿纵向的分布,以及腔内介质折射率的不均匀性对光波传输的影响。得到的结果与文献中的结论符合较好。结果表明,提高VCSOAs的抽运水平可以增大其峰值增益,同时会缩小其增益带宽;减小DBR周期数可以获得更大的增益带宽积。另外,输入光信号强度对VCSOA带宽的大小也有较大的影响。

垂直腔半导体光放大器增益的理论分析

针对研究增益饱和时,现有的垂直腔半导体光放大器(VCSOA)速率方程模型在确定输入信号的功率注入因子方面存在难题,根据法布里-珀罗腔边界条件,从行波方程和与位置相关的载流子方程出发,引入随轴向位置发生变化的增益增长因子刻画微腔内的驻波效应,构建出VCSOA的增益模型。利用该模型通过求方程的自洽得到了腔内载流子、光子的分布,并分析了反射增益,其结果与已报道的理论及实验基本一致。

970nm反射式垂直腔半导体光放大器的设计与制作

设计并制作了970nm反射式垂直腔半导体光放大器(VCSOA),基于放大器结构,对放大器的噪声特性、增益和带宽特性进行了实验研究和理论分析。研究了反射式放大器的增益与垂直腔半导体激光器出光口径的关系,发现增益随着出光口径的增大而增大。对于970nm的信号光,经过出光口径为400μm的VCSOA后,最高获得了26dB的增益放大,带宽为25GHz。理论计算的过剩噪声系数和实验值之间有较好的符合关系,当底面和顶面的反射率分别为0.99和0.98时,放大器的噪声因子为6.6。

半导体激光器减反射膜的制备及其反射率的测量

用真空热蒸发技术,监测被镀器件的自发辐射,在GaAs半导体激光器端面上成功地制备了高效减反射膜。用Kaminow等人提出的间接方法测得其剩余反射率为5×10^(-4)。

宽面积垂直腔半导体光放大器

在反射模式下,对于970nm宽面积垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的增益和带宽特性进行了实验研究和分析。当注入电流为57%阈值电流、信号输入功率为0.7W,取得了24.8dB的放大,测得的放大器的带宽为0.14nm。实验中测量的增益值大于理论计算值,这是由于宽面积垂直腔光放大器内存在多个横向模式,每个模式都有相应的放大,所以总的增益大于理论计算的某个模式的增益。这种宽面积垂直腔光放大器不仅可以提高增益,而且还能提高信号光的饱和输入功率。对970nm宽面积VCSOA的结构进行了优化设计,模拟结果表明,要提高半导体激光器的增益和带宽,可以通过适当降低垂直腔面发射激光器的上DBR的反射率来获得。