半导体光放大器增益饱和特性的研究

在理论上研究了行波半导体光放大器的增益饱和特性，并从半导体的单模速率方程出发，应用半导体光放大器的传输波动方程，推导了放大器的增益特性表达式。从中得出：当放大器的输出功率为饱和输出功率时，信号增益相对于不饱和增益降低４．３４ｄＢ。     

脉冲在增益饱和半导体光放大器中的畸变

分析了半导体光放大器处于增益饱和状态下的自相位调制（SPM）效应对传输脉冲波形、相位的影响，其中着重考虑了不同脉冲指数（高斯脉冲和超高斯脉冲）以及不同脉宽（相对于载流子寿命）的情况。     

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。     

半导体光放大器的增益特性和偏振特性

介绍了半导体光放大器的两个重要特性:增益特性和偏振特性。增益特性中,描述了放大器中增益调制现象和增益饱和现象,并介绍了提高半导体光放大器增益的方法。偏振特性中,分析了半导体光放大器增益偏振敏感产生的原因,并列举了低偏振敏感度放大器的实现方法。最后报道了近几年才被注意的半导体光放大器相位偏振敏感特性。     

增益饱和的半导体激光放大器响应特性研究

详细讨论了行波半导体激光放大器工作在饱和状态时，入射脉冲的脉宽和放大器工作状态对放大脉冲的形状和频谱的影响，有利于更好地利用增益饱和的光放大器的非线性特性对光信号进行相位补偿。     

基于半导体光放大器交叉增益饱和的波长转换的理论分析

建立了基于半导体光放大器交叉增益饱和的波长转换的理论模型。分别讨论了小信号下波长转换特性和大信号下转换波形的畸变情况。结果表明,半导体光放大器的载流子寿命是导致输出波形畸变的主要因素。     

高增益偏振不灵敏InGaAs/InP体材料半导体光放大器

采用三元InGaAs体材料为有源区，通过直接在InGaAs体材料中引入0．20％张应变来加强TM模的增益，研制了一种适合于作波长变换器的偏振不灵敏半导体光放大器(SOA)。在低压金属有机化学气相外延(LPMOVPE)的过程中，只需调节三甲基Ga的源流量便可获得所要求的张应变量。制作的半导体光放大器在200mA的注入电流下，获得了50nm宽的3dB光带宽和小于0．5dB的增益抖动；重要的是，半导体光放大器能在较大的电流和波长范围里实现小于1．1dB的偏振灵敏度。对于1．55gm波长的信号光，在200mA的偏置下，其偏振灵敏度小于1dB，同时获得了大于14dB光纤到光纤的增益，3dBm的饱和输出功率和大于30dB的芯片增益。用作波长变换器，可获得较高的波长变换效率。进一步提高半导体光放大器与光纤的耦合效率，可得到性能更佳的半导体光放大器。     

半导体光放大器中超快增益压缩效应与TOAD开关性能优化

在半导体光放大器中当光脉冲小于１０ｐｓ时除了考虑线性增益饱和效应,还必须考虑超快增益压缩效压。本文用数值方法分析了超快增益压缩效应对ＴＨｚ光非对称解复用器（ＴＯＡＤ）的开关特性。经过细致的参数优化,采用２．５ｐｓ控制光,可以克服开关窗的分裂效应,得到一个宽度为２．０ｐｓ,消光比为１３．７ｄＢ的开关窗。     

锥形有源条半导体光放大器增益和饱和特性分析

以行波半导体光放大器速度方程为基础，采用传输矩阵方法，对锥形结构半导体光放大器的增益和饱和特性进行理论研究。讨论了不同锥形长度，不同结构时的增益和饱和特性差异。理论研究表明，锥形结构能改善半导体光放大器的偏振灵敏度。在同一锥度下，长锥形长度能提高饱和增益，降低偏振度。在进行半导体光放大器有源条结构设计时要综合考虑锥度及锥形长度的影响，以实现结构优化 。     

垂直腔半导体光放大器动态增益特性研究

从速率方程和多层介质膜理论出发,构建了垂直腔半导体光放大器(VCSOA)的动态传输矩阵模型.利用该模型研究了器件在脉冲工作时的动态增益特性.数值结果表明,VCSOA的动态增益特性受抽运光强度、输入脉冲宽度以及分布布拉格反射镜周期数等工作参数的影响.     

Optical gain and saturation characteristics of quantum-dot semiconductor optical amplifiers

Detailed theoretical analysis of the gain characteristics of quantum-dot semiconductor optical amplifiers (QD-SOA) is presented. An analytical expression for the optical gain is derived from the quantum dot and wetting layer rate equations. Due to the better confinement of carriers in the quantum dots, our calculation shows that large unsaturated optical gain can be obtained at low operating current. Also, we found that the output saturation intensity of QD-SOA is higher than the output saturation intensity of bulk-SOA. This fact lends itself to the design of efficient low-power SOAs.     

半导体光放大器的超快动态增益特性

提出了一种包括载流子密度脉动(CDP)、载流子加热(CH)和光谱烧孔(SHB)效应在内的半导体光放大器(SOA)的时域动态模型。利用该模型分析了半导体光放大器中的增益饱和、超快增益动态以及光脉冲在增益饱和半导体光放大器中的波形畸变,其中重点考虑了超短脉冲的情况。模拟计算表明,对于10ps量级以下的短脉冲,分析半导体光放大器的动态增益特性时,不能忽略载流子加热和光谱烧孔等带内超快非线性效应的影响。     

传输矩阵法研究垂直腔半导体光放大器增益特性

利用传输矩阵法研究垂直腔半导体光放大器(VCSOAs)的增益及其带宽特性。研究了不同载流子浓度、DBR膜层数对增益特性的影响,发现了有源区内量子阱堆位置的改变将导致增益峰值波长移动。数值计算结果与实验结果相吻合。     

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。     

行波半导体光放大器中饱和参量表达式的修正

根据行波半导体放大器中载流子复合的实际过程，对放大器饱和参量的表达式作了适当的修正。     

半导体光放大器对超短光脉冲频谱特性的影响

为进一步理解半导体光放大器工作的物理本质,从速率方程出发,采用分段模型数值分析了超短光脉冲经SOA后的输出频谱和由SOA产生的附加啁啾特性。结果表明：SOA引起的附加啁啾是与SOA的偏置电流、初始信号脉冲的波长、脉冲形状、峰值功率以及脉冲宽度等因素有关;对应的输出脉冲的频谱形状也与上述因素密切相关。     

High-speed, all-optical XOR gates using semiconductor optical amplifiers in ultrafast nonlinear interferometers

We will review three recently-proposed high-speed, all-optical Exclusive OR (XOR) gates operating at 40 and 85?Gb/s, which were demonstrated using ultrafast nonlinear interferometers (UNIs) incorporating semiconductor optical amplifiers (SOAs). The first 40-Gb/s XOR gate was obtained using a dual UNI configuration. The second is a 40-Gb/s XOR gate without additional probe beam required, where the only inputs launched into the setup were data A and B. The XOR logic of data A and B is the sum of two components (A)B and(A)B , each of which was obtained from the output of UNI via cross-phase modulation (XPM) in SOAs. Furthermore, an 85-Gb/s XOR gate is, by far, the fastest XOR gate realized by SOAs, which was also demonstrated using a dual UNI structure. The operating speed of the XOR gate was enhanced by incorporating the recently proposed turbo-switch configuration. In addition, the SOA switching pulse energies of these XOR gates were lower than 100 fJ.     

All-optical signal processing based on semiconductor optical amplifiers

In this paper,we review the recent progress in the optical signal processing based on the nonlinearity of semiconductor optical amplifiers (SOAs).The four important optical signal processing functional blocks in optical switching are presented,i.e.,optical wavelength conversion,optical regeneration,optical logic,and optical format conversion.We present a brief overview of optical wavelength conversion,and focus on various schemes to suppress the slow gain recovery of the SOA and improve the operating speed of the SOA-based optical switches.Optical regeneration including re-amplification,re-shaping and re-timing is also presented.Optical clock recovery that is essential for optical regeneration is reviewed.We also report the recent advances in optical logic and optical format conversion,respectively.After reviewing the four important optical signal processing functional blocks,the review concludes with the future research directions and photonic integration.     

量子阱半导体光放大器的增益偏振相关性研究

应用能带计算理论,研究了张应变量大小、量子阱厚度对量子阱半导体光放大器(SOA)中的增益偏振相关性的影响.采用张应变量子阱为有源区,设计了增益偏振无关的1.55 μm的SOA,它可以在较宽的载流子浓度范围、较宽的光波长范围内满足增益对偏振的不灵敏要求.另外,还采用混合应变量子阱为有源区,设计了增益偏振无关的1.31μm的SOA.