WDM-TDM混合PON应用RSOA中激射问题研究.docVIP

WDM-TDM混合PON应用RSOA中激射问题研究 　　【摘要】介绍了反射型光放大器（RSOA）的芯片基本结构、工作原理、技术指标以及在WDM-TDM混合PON中应用，测量了RSOA不同驱动电流下的光谱；提出了几种防止RSOA中光激射的方法。测量表明，在RSOA出光前端未设置石英晶体旋光片、且驱动电流较大时，光谱中将存在激射峰；而在前端设置有旋光片后，则其光谱中不存在激射峰。 　　【关键词】RSOA；光激射峰；抗反射膜；石英晶体旋光片 　　 　　1.引言 　　众所周知，光通信骨干网不断向更大容量、更高速率、更多波长方向发展，国内外长途光通信速率已达40/100Gb/s，总通信容量已超过11Tb/s[1]；而光接入网也不断向高速、大容量方向发展。国内构建实用化光接入网的条件已逐步成熟：2.5Gb/s、10Gb/s的EPOM、GPON行业标准业已制订；实用化的光电子器件和IC已基本齐备并基本满足要求（如FP-LD、ASE、SLD、SOA已开始试用或小规模试用）??各种不同光接入网先后试验或试运行，且各具特色。在构建大容量光接入网方案中，WDM-TDM混合型PON具有明显的优势。 　　WDM-PON为每个用户分配一对专有的波长，可在任何允许时间内向OLT发送数据，可进行不同速率、不同业务种类的服务，而不影响其它用户。当需要为不同用户升级时，可分别进行，而不会产生相互干扰；而且增加新用户，只需要添加新波长，对其它用户带宽丝毫没有影响。WDM-PON的这种带宽和用户数量的易升级性，使之非常方便地支持商业用户和家庭用户，而且由于能提供点到点的连接，使得服务具有灵活选择性。 　　WDO-PON的关键问题，是寻找技术指标满足要求、工程价格能承担得起的关键光电子器件和微电子器件，其中包括WDM-PON用光放大器：EDFA、半导体光放大器（SOA）——注入锁模的F-P LD、行波型SOA和RSOA[2]。 　　与EDFA相比，RSOA具有光谱范围宽（-3dB谱宽可达60nm 以上）、结构简单、便于集成、体积小、使用方便、价格较便宜等优点；与行波型光放大器（TW-SOA）相比，具有小信号增益大、饱和光功率和输出光功率高、噪声指数较低等特点。但在使用过程中，发现在较大驱动电流下，RSOA光谱中存在激射峰，这会降低光信噪比，从而增加误码的可能性，这是要着力解决的关键问题。 　　2.RSOA芯片结构和技术指标 　　RSOA芯片结构由衬底、缓冲层、光波导层、应变量子阱有源层和表面接触层等组成，出射光的光波导轴向与端镜面成角度30°左右；其示意图如图1所示，上面为P+电极，下面为N+电极，前面为出光面，镀增透膜；背面为反光面，镀全反膜。 　　RSOA的工作原理，涉及到有源层原子中外层激发态电子与入射光子的相互作用，即在外界注入电流和入射光的作用下，RSOA有源层原子中处于激发态的电子，受外来信号光诱导作用，发射相同的光而放大。值得注意的是，这种光放大，与LD中的来回反射从而产生光增益的机理有所不同。在结构上，RSOA的两个端面，一个出光面光反射率接近于零，而另一个端面反射率接近于100%，不形成谐振腔。当然，由于工艺水平限制，出光面一般存在大小不等的剩余反射；而外端面也可能有反射光进入RSOA有源层中，从而产生光波纹或激射。 　　RSOA芯片的主要技术参数，如表1所示。 　　RSOA可以设计成偏振相关或偏振无关两种类型。通常与偏振相关的RSOA温度特性好、小信号增益高。 　　与EDFA相比，RSOA存在偏振相干性、耦合效率低、容易激射等需要改进的地方。 　　3.RSOA在WDM-TDM混合PON中的应用 　　RSOA的应用，主要有两种方式，即作反射式调制光源，或作光放大。它在TDM-/WDM 混合PON中的应用示例，如图2、3所示。 　　4.RSOA使用中的激射问题 　　从技术性能上讲，希望RSOA有高饱和光功率和大的光信号增益，又不要产生光激射。要使RSOA饱和光功率和小信号光增益大，其腔长就比较长，驱动电流就比较大，这样有源区才就能获得较大的单程光增益。通常，RSOA的腔长大约是LD腔长的1.5-3倍，而驱动电流大约是LD的2-5倍。但在这种条件下，则易出现自激射和回光激射。 　　随着驱动电流增加，RSOA有源层中的自发辐射光子诱发的受激辐射会逐渐增加；当驱动电流超过某一确定值之后，自发辐射光子获得的单程增益如大于腔内损耗，RSOA就会出现自激射现象。实验表明，当驱动电流小于120mA、而3dB带宽为55nm、峰值波长为1.532micro;m、小信号增益为10dB时，无自激射现象产生；而当驱动电流为142 mA时，在无任何输入射光的情况下，则会出现自激射；但当外界有光信号输入时，则自激射临界阈值电流将增大到162