基于半导体光放大器的交叉相位型全光波长转换器地研究.pdfVIP

基于半导体光放大器的交叉相位型 全光波长转换器的研究+ 张新亮孙军强刘德明易河清m黄德修 (华中理工大学光电子工程系，“’武汉邮电科学研究院武汉430074) 本文先对基于半导体光放大器的全光波长转换器的用途及交叉相位型的优点作了 简单的讨论，然后建立了交叉相位型完整的理论模型，数值模拟了转换机理。 社会对信息的需求量不断扩大，波长已成为继时域、空域后继续扩大通信容量的 第三维。全光波长转换将逐步取代现行的时隙交换，成为高速宽带全光网络的关键技 术；利用波长转换器能实现波长再利用，这就可使参与波分复用的波长数减少，降低 系统对波长精度的要求；使某一暂时拥挤的信道上的信息转移到另一信道上，解决波 长阻塞问题；可构成简单可变输出或固定输出的空间开关：可用来实现中途谱反转， 提高色散受限距离：可在全光网络中构成全光路由器，实现波长路由和波长间隙交换； 在分组交换网络中构成广播或选择开关矩阵，并可以实现3R再生；在光时分复用中实 现波长上下复用等等。因而全光波长转换器将成为全光通信中的关键光电子器件。 实现全光转换的工作方式有很多，但以基于半导体光放大器的交叉增益型 而随着光子集成技术的发展，交叉相位型波长转换器的优势逐渐显现出来，已有器件 制成并在全光网络中得到广泛的应用。它主要具有以下优点：比特率透明，目前最高 可实现40Gbit／s的波长转换：能改善输入信号的消光比特性；信号啁瞅小，并可得到 正的或负的啁啾以便进行啁啾补偿；信噪比高，便于多个转换器级联；转换效率高， 能在-10到0dBmw的功率条件下实现波长转换；偏振无关；能实现同波长转换等等。 XPM型转换器中研究的最多的是基于马赫泽德干涉仪的结构，如图一所示。其工 作原理为：强度调制的泵涌光k引起放大器有源区中载流子浓度的调制，而载流子浓 度的变化会引起有效折射率的变化，折射率的变化再引起耦台进放大器中的连续搽测 光x。的相位变化，马赫一浑德干涉仪会将这种相位的变化转变成强度的变化，从而泵浦 光上的调制信号就转移到探测光上。 本文有关项目受国家高技术发展计划(863)、湖北省自然科学摹金资助 一27H 一：强度调制泵浦光引起载流子浓度的变化(用速率方程来描述) 塑：嘉～}一∑告”一％)一SA。(一)dt g矿 t。乏0只“、 “ “、’ 其中H、』、F、以毛、Pi、代、∥和‰例分别代表载流子浓度、注入电流、 电子基本电量、有源区体积、有效载流子寿命、信号功率、透明时载流子浓度、信号 饱和输出功率和放大自发辐射引起载流子的消耗。 二：载流子浓度引起折射率的变化，进而引起探测光相位的改变 舻-警(Ng帆掌+等m吨)等 其中三。M、厂，％和agV／dn分别代表有源区长度、有源区折射率、模场强制因 子、对应峰值波长的载流子浓度和折射率随载流子浓度的变化率。 三：马赫泽德干涉仪将相位的变化转变成强度的变化 匕，*÷只【Gl+G2+2√Gl·G：cos(A≯)】 其中G，和G2分别为放大器1和放大器2的增益。 四；数值模拟结果如图二所示 砩 丸c 图一：XPM型波长转换器结构示意图 目 。Ⅲdp_-·Ⅲ¨po_●m“●” (a) (b)Oc) 图二：XPM型波长转换器工作原理数值模拟 (a)载流子浓度与入射信号功率的关系(b)相位改变与入射信号功率的关系 (c)输出功率与入射信号功率的关系 一277