基于SOA中XGM效应的全光译码器的研究

文章基于半导体光放大器(SOA)中的交叉增益调制(XGM)效应.提出一种全光译码器的实现方案.该方案具有XGM效应本身的优点,如效率高、工作波长范围宽、逻辑运算只与输入光功率有关、不需要进行精确的相位控制和对偏振不敏感等.分析了该方案的工作原理,并使用OptiSystem软件对这种全光译码器进行了仿真.最后分析了全光译码器的输出功率和输出消光比与输入泵浦光功率、探测光功率之间的关系.     

拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制

基于光通信系统对于全光调制和全光开关等的需求,从理论上和实验上研究了拉曼增益对回音壁模式光学微腔系统共振模式的全光调制。理论分析表明,拉曼增益能够补偿回音壁模式光学微腔系统的损耗,进而改变微腔系统的耦合机制,在不对微腔系统做任何机械性移动的前提下实现对系统共振透射率的连续调制。实验中采用光纤锥耦合的二氧化硅微芯圆环腔,利用560W的低功率泵浦光引发的拉曼散射,波长为1 545.7 nm的信号光实现了13.5 dB的调制度,使得系统的耦合机制由欠耦合转化为临界耦合。     

全光加密A逻辑门的实验研究

针对光传输系统单波长信号全光加密的应用需求,基于流密码体制开展了光传输系统物理层全光加密技术的理论分析,设计了基于SOA-XGM(半导体光放大器-交叉增益调制)的全光A逻辑门的实验方案,并在实验室搭建了实验系统。实现了速率为10Gbit/s的A逻辑处理,分析了探测光信号功率、泵浦光信号功率和SOA注入电流等主要参数对逻辑门输出信号质量的影响,实现了明文光信号的全光加密。     

全光加密 A?B 逻辑门的实验研究

针对光传输系统单波长信号全光加密的应用需求,基于流密码体制开展了光传输系统物理层全光加密技术的理论分析,设计了基于 SOA-XGM(半导体光放大器-交叉增益调制)的全光 A?B 逻辑门的实验方案,并在实验室搭建了实验系统。实现了速率为10 Gbit/s 的 A?B 逻辑处理,分析了探测光信号功率、泵浦光信号功率和 SOA 注入电流等主要参数对逻辑门输出信号质量的影响,实现了明文光信号的全光加密。     

光波导放大器中的光场与铒浓度分析之间重迭的分析

本文在忽略放大自发辐射（ASE）和上转过程影响的情况下,用重迭因子的方法,得到了980nm波段泵浦的掺饵光波导放大器增益的隐式解析解、泵浦光沿波导方向分布的函数关系式和泵浦阈值功率的解析表达式。详细讨论了重迭因子对增益、泵浦阈值功率和波导中任意位置泵浦光分布的影响。     

基于SOA的交叉相位调制生成UWB信号的研究

超宽带信号(UWB)的光学生成技术是光载超宽带通信系统(UWB-over-fiber)的关键技术,半导体光放大器(SOA)的非线性特征在全光信号处理中有着广泛的应用。提出基于SOA的交叉相位调制(XPM)效应的UWB的光学生成方法。该方法首先利用SOA的XPM实现高功率的高斯泵浦光和低功率的直流探测光的XPM,然后利用光学滤波器对探测光进行鉴频,实现相位调制到强度调制的转换,从而获得单周期UWB信号。提出了采用光带通滤波器和波分复用器对探测光进行鉴频的两种方法,获得中心频率分别为5.15GHz和5.05GHz,相对带宽分别为150%和149%的UWB信号,符合FCC标准。     

基于非理想克尔介质的弧形波导全光开关

本文用有限差分光束传播法（FD－BPM）模拟并给出了基于理想克尔介质的弧形波导全光开关的开关特性曲线,分析了克尔介质中的非克尔非线性效应。用FD－BPM就非线性饱和以及背景吸收对弧形波导全光开关特性的影响进行了模拟,模拟结果表明,背景吸收和非线性饱和会减少弧形波导全光开关的开关次数,增加弧形波导全光开关的开关功率,导致全光开关的开关特性恶化。     

基于周期极化反转铌酸锂光波导的全光信号处理

利用周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导中和频(SFG)、级联倍频(SHG)和差频(DFG)、级联和频与差频等二阶和级联二阶非线性效应,提出并理论研究了基于单个PPLN光波导实现40 Gbit/s全光半加器、半减器、与门、或门、异或门等多种逻辑功能.提出并理论研究了基于PPLN光波导环形镜结构实现非归零码(NRZ)到归零码(RZ)的全光码型转换.实验验证了10 Gbit/s和20 Gbit/s基于PPLN光波导NRZ到RZ的全光码型转换.     

适用于PolSK调制的FWM型全光波长转换器

文章提出了一种利用半导体光放大器(SOA)中的四波混频(FWM)效应、适用于偏振移位键控(PolSK)调制的全光波长转换器方案.注入的辅助光可以缩短SOA增益恢复时间,增大饱和功率,提高波长转换效率.通过数值模拟从理论上实现了这种全光波长转换器,研究了输入泵浦光、信号光和辅助光功率对全光波长转换器输出特性的影响.     

高非线性光纤中并行交叉相位调制的偏振膜色散监测方法

利用信号光和插入的连续泵浦光之间产生的交叉相位调制（XPM）效应,提出了一种基于并联的XPM效应来监测光相位调制信号的一阶偏振模色散（PMD）的新技术。泵浦光的光谱会随着信号光中PMD和色散（CD）的变化而发生变化,所以导致泵浦光的光功率发生变化,在并联的一个支路中抑制PMD的影响,利用并联的两路同一波段泵浦光功率的差值来进行监测。仿真结果显示,新的技术可以实现对40 Gb/s非归零差分四相移相键控（NRZ-DQPSK）光信号从0~20 ps的监测。在20 ps的监测范围内,新技术的动态范围大于3 dB,可以用来进行准确的监测。对信号速率、色散、泵浦光功率和滤波器带宽对新技术的影响做了详细的研究。     

原子介质中的近共振增益光栅

研究了一种N型四能级原子结构中的近共振增益光栅(NRGG)效应。结果表明,当耦合场的失谐值为0,探测场和调制场的失谐值接近于0时,利用调制场和耦合场可以调控探测场的增益和相位,使得探测场的能量和高阶衍射效率都得到显著提高。在这个过程中,调制场强度存在阈值。获得了具有增益高、衍射能力强和阈值可控的光栅,该光栅在全光开关、全光逻辑门和全光调制等应用中将会发挥较大的作用。     

基于双向二级喇曼抽运的偏振控制研究

为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法,根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案,构建了偏振吸引理论模型,采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析,并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明,当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0,1,0）、光纤长度为3km时,信号光偏振度可达0.85以上,且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声,并提高了信号光输出偏振度。     

All-optical switching in 3,3′-diethyl-2,2′-thiatricarbocyanine Iodide dye molecules

All-optical switching has been theoretically analyzed in the 3,3＇-diethyl-2,2＇-thiatricarboeyanine iodide （DTTCI） carbocyanine dye that exhibits large excited-state absorption to achieve high contrast and fast switching. Switching has been analyzed both ns and ps pump pulse widths. It is shown that there is an optimum value of concentration for given peak pump intensity at which maximum modulation can be achieved. We can get 93.84% modulation of transmission of a CW probe laser beam at 532 nm at peak pumping intensity of 500 kW/cm^2 at 763 nm, with At =1 ns and concentration of 80 μM in alcohol, resulting in switch-off and on time of 2 ns and 8 ns, respectively. The results have been also used to design all-optical NOT and the universal NOR and NAND logic gates with multiple pump laser pulses.     

MoS2/WSe2-PVA薄膜热光全光调制器(特邀)

全光调制器在全光信号处理和通信等全光应用中起着重要的作用。主要研究了基于MoS2-PVA薄膜实现的全光调制器。此外,也验证了WSe2-PVA薄膜也可实现全光调制。该器件利用热光效应,结合偏振干涉实现了全光调制,得到了长时间稳定输出的调制信号。将980 nm的脉冲信号作为控制光,MoS2或WSe2吸收光产生热量,使薄膜的折射率发生改变,从而改变1 550 nm信号光的偏振态,实现980 nm控制光对1 550 nm光的调制。得到的MoS2-PVA薄膜全光调制器的上升沿时间为526 s。     

基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样

提出了一种新的基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样方法,利用速率方程对全光采样的理论机理进行了阐述.借助该速率方程模型对采样器的输入偏振角、偏振控制器的附加相移和偏振合束器的偏振方向等参数进行了优化设计.计算结果表明,采样器传输曲线具有较好的线性工作范围,能够实现模拟光信号的高速全光采样,且其输入泵浦光功率小于1mW.由于该全光采样的工作原理与全光波长转换类似,而目前的全光波长转换工作速率可达320Gbps,因此该全光采样的采样速率可望达到上百GS/s.     

基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样

提出了一种新的基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样方法,利用速率方程对全光采样的理论机理进行了阐述.借助该速率方程模型对采样器的输入偏振角、偏振控制器的附加相移和偏振合束器的偏振方向等参数进行了优化设计.计算结果表明,采样器传输曲线具有较好的线性工作范围,能够实现模拟光信号的高速全光采样,且其输入泵浦光功率小于1mW.由于该全光采样的工作原理与全光波长转换类似,而目前的全光波长转换工作速率可达320Gbps,因此该全光采样的采样速率可望达到上百GS/s.     

Research of all-optical ultra-wideband triplet signal source based on a single semiconductor optical amplifier

A novel scheme for all-optical ultra-wideband triplet signal pulse generation based on the cross-gain modulation (XGM) in a single semiconductor optical amplifier (SOA) is demonstrated. In this scheme, only one optical source and one SOA are needed, so the configuration is simple. Due to only one wavelength is included in the generated triplet pulse, no time difference between output signal light and probe light is introduced during the transmission process. By using the software of Optisystem 7.0, the impacts of the input signal width, the optical power and the wavelength of the optical source on the generated triplet pulse are numerically simulated and studied. The results show that the proposed scheme has better triplet signal pulse when the input signal pulse width is larger, and it is insensitive to the wavelength change within a certain range.     

全光逻辑异或门相位差特性研究

为了改善全光逻辑门的相位差特性,对全光逻辑异或门的相位差进行了研究。采用细化分段模型对量子点半导体光放大器的动态过程进行建模,利用牛顿法和4阶龙格-库塔法求解三能级跃迁速率方程以及光场传输方程,实现了基于量子点半导体光放大器马赫-曾德尔干涉仪结构的全光逻辑异或门;研究了有源区长度、最大模式增益、输入抽运光功率以及输入抽运光脉冲宽度对通过干涉仪两臂探测光相位差的影响,同时讨论了探测光的相位差与输出光功率的关系。结果表明,增大有源区长度、最大模式增益以及输入抽运光功率,均能使探测光相位差增大;随着抽运光脉冲宽度增大,探测光相位差先增大而后趋于平缓,之后不断减小;有源区长度为2.0mm、最大模式增益为3000m-1、输入抽运光功率为5dBm、抽运光脉冲宽度为1.0ps时,最大相位差增加至0.3277π;随着探测光相位差增大,输出光功率增大;通过优化参量可以增大探测光的相位差,而输出光功率会随着探测光相位差的增大而增大。该研究为提高转换信号质量提供了参考。     

基于硅基石墨烯的全光控太赫兹波强度调制系统研究

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制.基于GaAs 等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低,因而很难应用于太赫兹系统.为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点,设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统.该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性,通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度,从而实现对太赫兹波强度调制.从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究.研究结果表明,在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时,该调制系统能在实验使用的THz-TDS 测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制,调制深度可达到12 %.且随着泵浦光能量的增大,调制深度增大.     

Ultrafast all-optical switching utilizing the optical Kerr effectin polarization-maintaining single-mode fibers

An ultrafast all-optical switching scheme utilizing the optical Kerr effect in two birefringent fibers concatenated with each fast axis crossed is proposed. Stable optical Kerr modulation and all-optical demultiplexing of an ultrashort (30 p.s.) optical pulse train at 1.97 GHz from a gain-switched distributed-feedback laser diode (DFB LD) have been sufficiently demonstrated using CW mode-locking Nd:YAG laser pulses as a pump. Switching speed and required pump powers are studied in terms of fiber bandwidth due to fiber birefringence, and combined effects of chromatic and polarization dispersions on Kerr modulation profiles. By utilizing the optical Kerr modulation properties in the presence of dispersions, the nondiagonal yx component of the nonlinear refractive index is also determined to be 0.34 relative to the diagonal component xx. The intrinsic stability and ultimate switching capabilities are discussed