基于太赫兹光非对称解复用器结构的低开关能量、高线性度全光采样门实验研究

利用多量子阱结构的非线性半导体光放大器(SOA)构建的太赫兹光非对称解复用器(TOAD),实验实现了一个开关能量低至25 f J,线性度高达0.99的全光采样门.详细分析了采样脉冲功率和非对称偏移量分别对采样窗口形状、宽度和幅度的影响,并研究了不同采样窗口宽度下TOAD的开关能量及线性度的变化规律.

控制脉冲形状对太赫兹光非对称解复用器开关特性的影响

在考虑了太赫兹光非对称解复用器 (TOAD)中半导体光放大器 (SOA)的增益饱和与恢复效应的基础上 ,深入研究了超高斯控制脉冲对半导体光放大器的动态增益响应及太赫兹光非对称解复用器开关特性的影响 ,并与高斯控制脉冲的情形进行了比较。结果表明 :相对于高斯控制脉冲而言 ,超高斯控制脉冲使半导体光放大器的增益转折区减小 ,显著影响太赫兹光非对称解复用器的开关窗口形状 ,当信号光相对于控制光时延一定 ,或环时间非对称性及信号光相对于控制光的全部时延一定时 。

太赫兹光非对称解复用器中自发辐射噪声特性分析

提出了一个在超短脉冲注入半导体光放大器 (SOA)时 ,在考虑了半导体带间效应以及带内效应 ,包括载流子热效应、谱烧孔效应、双光子吸收效应以及超快非线性折射效应的自发辐射噪声的计算模型。并利用该模型计算了放大自发辐射 (ASE)噪声对太赫兹光非对称解复用器 (TOAD)开关性能的影响。数值结果表明 ,在考虑ASE噪声情况下 ,TOAD的开关窗口的边沿更陡 ,在开关窗口的尾部还会出现明显的小峰。结果还表明 ,在输入为理想孤子脉冲下 ,即使考虑ASE噪声 ,在TOAD处于开的状态时 ,其输出信号的信噪比也大于 2 5dB。

双波泵浦非对称量子阱的光学整流效应

为了实现基于光整流方式的室温下宽调谐高效率太赫兹源,设计了一种适于双波长CO2激光器共振子带跃迁泵浦的双阱嵌套形非对称量子阱结构,结构组分为Al0.5Ga0.5As/Ga As/Al0.2Ga0.8As,采用密度矩阵及迭代方法计算了其二阶非线性光整流系数χo(2)表达式,在导带为抛物线形和非抛物线形两种条件下对χo(2)进行对比研究。计算结果表明,其偶极跃迁矩阵元随量子阱总阱宽的增大而逐渐减小。当固定量子阱总阱宽及其中一束泵浦光波长不变时,χo(2)随着另一束泵浦光波长的增加,呈现出先增大后减小的变化趋势。当深阱为7 nm、总阱宽为23 nm、两束泵浦光相等为10.64μm时,χo(2)达到最大值5.925×10-6m/V;随着总阱宽的增大,χo(2)曲线呈现"红移"现象,其原因为量子限制效应导致了不同阱宽条件下的量子阱能级值差不同,从而造成满足泵浦光光子能量与能级差共振条件的变化。导带为抛物线形和非抛物线形两种条件下的χo(2)的最大值对应泵浦光波长基本相同,χo(2)数值上的差异主要由跃迁矩阵元的不同导致。

控制光和信号光频差对太赫兹光非对称解复用器性能的影响

讨论了半导体光放大器中的带间效应 ,及载流子热效应、谱烧孔效应、双光子吸收以及超快非线性折射等带内效应对半导体光放大器的动态特性的影响 ,讨论了两种情况 :1)保持控制光波长不变而改变信号光频率 ,2 )保持控制光和信号光频率相同而同时改变它们的频率下半导体光放大器的增益、相位动态特性以及太赫兹光非对称解复用器的开关窗口特性。数值结果表明 ,为了得到较为平坦而窄的开关窗口 ,控制光波长应与信号光波长相同 ,且其与半导体光放大器增益谱中心波长的差值应该大一些。

利用太赫兹光非对称解复用器对归零伪随机码占空比压缩的全光速率倍增

利用太赫兹非对称解复用器(TOAD)对伪随机比特序列(PRBS)归零(RZ)码占空比压缩后经多路延迟叠加来实现速率倍增。实验上将周期为2~7-1、速率为2.5 Gb/s的伪随机RZ码占空比由50%压缩至12.5%后经4路精确延时叠加,保持码型不变,速率提升4倍至10 Gb/s,相对于原伪随机码,保证误码率10^(-9)的功率代价为2 dB。

利用开关窗口连续可调的太赫兹非对称解复用器实现归零码占空比调节

提出利用开关窗口连续可调的太赫兹非对称解复用器(TOAD)实现对归零(RZ)码占空比的调节,分析了半导体光放大器(SOA)载流子恢复时间对伴随窗口的影响。实验上对2.5Gb/s的RZ码占空比进行调节,实现了由50%(200ps)压缩到25%(100ps)和10%(40ps),以及由25%展宽到50%。进一步研究结果表示,该结构对占空比展宽有上限,但对占空比的压缩上限远远不止实验中的40ps,如果继续减小开关窗口宽度,利用该结构可以获得更小占空比RZ脉冲信号,实现皮秒甚至亚皮秒窄脉冲。

基于太赫兹光非对称解复用器的全光倍频技术

太赫兹光非对称解复用器(TOAD)是一种全光信号处理领域中常用的器件,其具有响应速度快、可集成、稳定性好等优点。本文提出了一种基于TOAD的全光时钟倍频技术方案。通过模型仿真,模拟对TOAD输入直流光,在时钟脉冲前后沿附近会产生双峰输出现象,以此来分析TOAD的开关特性,研究了控制光能量、开关窗口大小、半导体光放大器增益恢复时间等因素对双峰输出特性的影响。对光时钟信号进行了全光二倍频、三倍频和四倍频的仿真,从频谱上观察,倍频准确,并且在实验上实现了200 Mb/s和1 Gb/s时钟的全光二倍频,与仿真结果相符。

太赫兹多维复用与折射率传感集成器件

提出了一种基于亚波长偏振保持光纤的多维复用与折射率(RI)传感集成器件。该器件由定向耦合器、Y型分束器和布拉格光栅器件构成,能够同时实现三维空间中偏振和频率(解)复用、色散补偿以及RI传感功能。集成器件下行端口输出偏振解复用后的x偏振态,其在0.25 THz频率处的传输率和消光比分别为-5.94 dB和15.16 dB。此后,原波导中y偏振态(工作频率为0.25 THz)与x偏振态(工作频率为0.27 THz)复用后于直通端口输出,传输率分别为-7.20 dB和-2.02 dB。同时,集成的均匀光栅和π相移光栅可分别实现色散补偿(群速度色散为-109.4 ps·THz^(-1)·mm^(-1))和RI传感(灵敏度为0.181 THz/RIU)功能。基于太赫兹亚波长光纤的集成器件在下一代通感一体化信息系统中具有良好的应用前景。

基于逆向设计的片上太赫兹解复用器和光栅耦合器

太赫兹解复用器和光栅耦合器的传统构建方法需借助经典理论和经验计算,故它们的设计流程复杂,而且性能依赖于单元结构参数。随着逆向设计方法的提出及应用,该方法可以在限定大小的基片上设计出符合功能需求的器件结构。基于此,将逆向设计方法应用于太赫兹解复用器和光栅耦合器的设计,器件的尺寸分别为3 mm×3 mm×200μm和12 mm×12 mm×200μm。FDTD(Finite-Difference Time-Domain)的仿真结果表明,太赫兹解复用器能够将一束含两种频率的太赫兹波完美地从两个端口分离,并且透射率在0.500 THz和0.417 THz频率处均高达0.75以上,其相邻通道间的串扰低于-19 dB。太赫兹光栅耦合器的耦合效率在0.32 THz频率处高达0.85。

基于非线性效应的光学逻辑门研究

光逻辑门是未来全光网络中光信息处理的核心元件,它可以实现高速光包交换,全光地址识别,数据编码,奇偶校验,信号再生等功能。介绍了几种基于非线性效应的全光逻辑门,分析了它们的系统结构和工作原理,并对各自的特点进行了比较,指出光逻辑门在未来的发展方向及应用领域。

一种基于TOAD的OTDM光网络自同步方案

自同步在OTDM(光时分复用)分组网络中占有十分重要的地位,为此提出了一种简单的基于太赫兹光学非对称解复用器(TOAD)的自同步方案,给出了理论模型并进行了数值仿真,最后分析了SOA(半导体光放大器)饱和能量对该方案性能的影响。

基于半导体光放大器的双端口全光光开关

提出了一种基于半导体光放大器(SOA)的双端口全光光开关.这种开关以一个平行排列3×3耦合器作为其核心元件,具有类似于非线性光学环路镜(NOLM)和T比特光学非对称解复用器(TOAD)的结构.由于这种光开关是基于SOA的,所以它结构紧凑,易于集成,而且需要很小的控制光功率(几个mW).这种光开关具有两个开关端口,满足了一些特殊应用场合的需要.论文中给出了双端口全光开关的单脉冲2.5Gb/s开关实验结果.实验结果表明,这种开关可以实现两个端口的开关光信号同时输出,开关消光比达到了20dB以上.

面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样.本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门,以光反馈半导体激光器产生混沌激光,对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证,实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样.进一步研究显示,光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著.当两者不成比例时,可有效消除原始混沌信号的弱周期性,有利于高质量物理随机数的产生.

利用TOAD实现全光逻辑操作的实验研究

未来的全光分组交换网中,全光逻辑操作将起到至关重要的作用。在对太赫兹光非对称解复用器(TOAD)进行详尽理论分析的基础上,提出了基于TOAD实现的全光与门、全光或门方案,并对这些方案进行了20Gbit/s的实验验证,讨论了实验结果。

NRZ码全光帧头识别器研究

提出了一种基于太赫兹非对称光解复用器结构的NRZ码全光帧头识别方案.通过注入辅助的连续光,解决了信号在SOA中的竞争,实现三态到两态的转换.对40Gb/s信号的数值分析表明,这种方案可获得消光比为13.29dB的判决识别信号输出.对非线性相移差偏离的影响进行了分析,结果表明如果限制非线性相移差的偏离小于0.1rad,仍然可获得消光比13dB以上的判决识别信号输出.对2.5Gb/s帧头信号的判决实验表明,理论分析结果与实验相符.

基于TOAD的10Gb/s全光或门

基于太赫兹光非对称解复用器(TOAD),提出了一种全光或门的实现方案 从TOAD原理出发,从理论上证实了该方案实现全光或运算的可行性 在此基础上进行了实验研究,成功实现了10Gb/s的全光或运算 实验采用1100和0110编码的两路数据信号,完全验证了或运算真值表中各种可能的情况,并显示出该方案对实现任意编码或伪随机码数据或运算的潜力 对SOA增益恢复时间对结果的影响提出了改进办法 最后分析表明。

非线性增益压缩对TOAD开关特性的影响

考虑半导体光放大器 ( SOA)的增益饱和与非线性增益压缩效应 ,详细研究了非线性增益压缩对太赫兹光非对称解复用器 ( TOAD)开关特性的影响 ,并首次提出了有效开关窗口宽度的概念 .数值计算结果表明 ,非线性增益压缩对开关窗口形状影响显著 .SOA非线性增益压缩越大 ,输出对 SOA在环内的位置越敏感 ;若它较小 ,则控制脉冲能量对有效开关窗口宽度影响很大 ;只有当控制脉冲较窄时有效开关窗口宽度才会受非线性增益压缩的影响 ;当非线性增益压缩较小且 SOA偏离环中点不大时 ,有效开关窗口宽度较小 .

基于TOAD的全光多位地址识别

采用一个特殊的与门(AND)逻辑运算,基于太赫兹光非对称解复用器(TOAD),提出了一种全光多位地址识别方案,并用其成功实现了20 Gbit/s的四位地址识别和10 Gbit/s的二位地址识别。对SOA的增益恢复时间对结果的影响提出了改进办法,分析表明该方案具有实现超高速地址识别的潜力。这种地址识别方法不需要分离包头地址和数据包,地址识别的结果可作为驱动信号实现分组的全光自路由。

几种全光逻辑门浅析

全光逻辑门是实现高速光分组交换、全光地址识别、数据编码、奇偶校验、信号再生、光计算和未来高速大容量全光信号处理的关键器件,本文介绍了几种基于半导体光放大器非线性效应的全光逻辑门,分析了它们的系统结构和工作原理,并对各自的特点进行了比较,展望了光逻辑门在未来的发展方向。