半导体光放大器的偏振光开关性能改进

半导体光放大器(SOA)非线性偏振旋转效应的光开关具有开关速度快、易集成等优点,其开关操作可以通过改变注入SOA中的电流而获得。这种偏振光开关的性能主要受注入光功率与控制电流的大小范围来决定。基于SOA中的偏振主态的概念,分析了非线性偏振旋转效应与控制电流的关系,并对不同功率的注入光进行了偏振旋转实验,分别实现了偏振光开关的操作。实验结果表明:随着注入光功率的增加可以提高光开关的分光比,有效改进光开关的性能。当注入光为5 dBm时,光开关的分光比与消光比均可达到30 dB。

利用光纤空间M-Z干涉仪测量压电陶瓷相移系数

提出了一种利用光纤空间M-Z干涉仪测量压电陶瓷(PZT)相位调制器相移系数的新方法。光纤空间M-Z干涉仪的空间干涉场图与PZT的相移呈单值函数,可有效克服出射光强与相移呈多值函数的问题。设计了测试系统并应用该系统实际测量了一种PZT的相移系数,对结果进行了数字拟合,线性性好。与已有的理论计算和根据光强测量的方法比较,这种方法具有更高的准确性和重复性。PZT相位调制器是光纤干涉系统中的重要组成部分,这种测定相移系数的新方法,可广泛用于各种光纤干涉系统中。

利用可见光测量近红外单模光纤的模场

光纤的模场分布是光纤最基本的特性,它包含了很多光纤的有关信息,单模光纤都工作在不可见的近红外波长范围内,且在可见光范围并非单模工作。提出了一种利用可见光测量近红外单模光纤模场直径的新方法,导出了一个考虑光纤材料色散的更精确地计算不同V值时模场直径的公式,设计了利用可见光直接拍摄模斑的系统,采用缠绕法提取基模,消除了高阶模对测量结果的影响,利用二元非线性曲面拟合,测得了光纤在近红外工作波长下的模场直径。由于无需红外光源、红外探测器以及精密的扫描装置,该方法具有成本低廉、测量速度快、调整容易等优点。

低噪声高带宽模拟光电探测器的设计和制作

分析了交直流同时响应的模拟光电探测器设计和制作中的关键问题,与电压差分光电探测电路相比,电流差分电路具有工作点始终稳定在零点、有效抵消PIN的噪声电流,以及无负载电阻的热噪声等优点,并找到了电流差分电路工作的最佳条件,制作了探测波长范围为900~1 700nm的模拟光探测器,其信噪比优于35dB,最小可探测光强为200nW,响应度为700V/W,响应带宽达到0~70MHz。

铌酸锂马赫-曾德调制器零点漂移特性的研究

对铌酸锂马赫-曾德调制器(MZ-LN)调制特性曲线、半波电压和零点电压进行了测量。实验表明调制特性曲线存在一定的偏移,调制器的零点电压存在严重的漂移现象。实验研究了零点漂移对NRZ码和DPSK信号的影响,指出零点漂移与调制器的残留电压有关,产生原因来自于内部结构存在的电荷储存效应。

基于双环耦合全光缓存器的大动态延迟范围的研究

全光交换网的高吞吐量和信道利用率要求全光缓存器具有大的动态延迟范围。建立了基于平行排列3×3光纤耦合器的双环耦合全光缓存器(DLOB)的分析模型。分析了限制DLOB延迟范围的各个因素。分析发现,通过级联DLOB,可以实现大动态延迟范围。实验验证级联型DLOB的可变延迟范围达到1～9999T,延迟粒度为25ns,输出信号的误码率低于10-9。得到理论模型与分析方法对其他基于半导体光放大器(SOA)光开关的反馈式光学处理结构同样具有借鉴作用。

基于半导体光放大器光纤环形腔的光数据包复制器的噪声特性研究

利用半导体光放大器(SOA)光纤环形腔实现重复周期准确、信号脉冲功率较大且几乎一致的光数据包复制。提出了一种注入非循环直流辅助光的方法,既有效抑制了放大自发辐射(ASE)噪声,又避免了环形腔内谐振。利用简化模型.从理论上对复制器输出噪声与信噪比(SNR)进行分析及仿真,得到复制器输出信噪比与复制次数的变化关系.并详细分析了注入直流辅助光功率及衰减系数对输出信噪比的影响。实验测得数据与理论结果一致。进一步对实验进行优化,在输出端口利用半导体光放大器对输出信号进行功率均衡,获得数据包信噪比下降小于3 dB且脉冲光功率几乎一致的15次以上复制。

光纤延迟线型全光缓存器的研究

概括了本课题组在近十年中进行的光纤延迟线型全光缓存器的研究工作,介绍了基本的基于3×3平行排列耦合器的基本缓存单元——双环耦合全光缓存器(DLOB),并以此为基础,构建出缓存时间为1～9999 T(时间单位)的大动态范围、多波长等全光缓存器,速率都在2.5 Gb/s以上,并研制出基于偏振的全光缓存器。对这些缓存器的原理、关键技术以及实验结果进行了介绍。最后,对于这一类光纤缓存器的优点及未来发展方向进行了讨论。

基于半导体光放大器偏振旋转的全光缓存器

全光缓存器可实现数据包在光域内的缓存,是全光路由、全光计算以及全光交换的关键部件之一。提出了一种基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转(PR)的光纤环型全光缓存器结构;提出了一种利用偏振主态(PSP)寻找两个正交线偏振态以及在线实时测量光纤中偏振态的方法。通过改变SOA的注入电流,实现了对两个正交偏振态转化的控制,利用这两个正交的线偏振态,实现了信号的"写"入和"读"出。利用该结构的缓存器,实现了2.5 Gb/s的1024 bits数据包6圈的缓存,缓存后的信号波形良好。

双环结构级联型全光缓存器

提出了一种基于平行排列3×3耦合器的双环结构全光缓存器(DLOB)的级联方案,分析了单级和级联结构的缓存原理及读写方式,通过分析半导体光放大器(SOA)的噪声性能,得到光缓存器输出性能主要由读写操作阶段注入的控制光功率及SOA的工作电流决定的结论,提出了在反馈式光缓存器中实现单级多圈和多级缓存的可能性,并搭建了一个两级的缓存系统,实验验证两级级联各缓存9圈时,输出信号光的功率几乎没有减少,信噪比(SNR)下降不到4 dB。理论分析和实验都表明,级联型光缓存器能够实现从纳秒级到毫秒级的缓存,可以满足未来光包交换(OPS)发展的需要。

半导体光放大器引起的光控器件中的信号损伤分析

在双环耦合全光缓存器的基础上分析了全光分组交换网络中以半导体光放大器(SOA)为相移器件的反馈型全光缓存器输出的信号损伤,包括SOA的非线性及载流子恢复时间限制引起的脉冲畸变与连续码流中的图样失真和SOA的自发辐射噪声累积引起的信噪比恶化及缓存器结构引起的"漏光"问题.理论分析及实验结果表明,在采用反相控制并注入高功率控制光的情况下,脉冲畸变与图样失真被抑制,由信噪比恶化及漏光决定的光分组的缓存圈数被限制在20—30圈.得到的结果对基于SOA的光缓存器及逻辑器件同样具有借鉴作用.

基于裸光纤探头的双点光子多普勒测速系统

全光纤光子多普勒速度测量(PDV)系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度,以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率,提出使用裸光纤束为PDV系统的探头,并在实验上实现了空间分辨率为375μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小,一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明,当靶面各点速度相同时,测量结果不受干扰光的影响;当各点速度不同时,其测速误差不但与两被测点的速度差有关,还与传感光和干扰光的光强和相位有关。

非线性驻波的研究

提出了由两个相反方向光同时在三阶非线性介质中传输而引起的非线性驻波的概念;导出了这种非线性驻波的功率分布、节距、驻波比以及单向非线性相移分布的解析表达式,并进行了仿真计算。结果表明,当非线性较弱时,驻波的功率分布仍然呈余弦形式,但将出现节距随功率增大而变小的节距调制效应,并正比于最大和最小折射率的几何平均值。当非线性较强时,不仅存在节距调制效应,而且还出现功率分布函数曲线从余弦形式过渡到周期性尖脉冲形式的驻波波形调制效应。其非线性相移不再与距离成正比,变成一条周期性的单增曲线。对于非线性介质谐振腔的激光器、选频放大器、多波长激光器以及其他非线性光学器件的研究,具有重要的意义。

硅基纳米波导的双模干涉

硅基(SOI)波导是近年集成光电子和集成波导的重要方向。对硅基纳米波导进行数值计算,讨论了空气包层和SiO2包层两种情况的双模传输特性,得到两种包层结构的双模工作区域和双模拍长与波导结构的关系。研究了SOI纳米波导中双模干涉现象以及双折射和温度对双模干涉的影响。