CN101776832A - 基于半导体光放大器的慢光可调时延器 - Google Patents

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王肇颖
胡苗苗
张蕾
贾东方
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Abstract

本发明属于光通信器件技术领域，涉及一种基于半导体光放大器的慢光可调时延器，包括：可调谐半导体激光器，铌酸锂电光调制器，第一和第二两个偏振控制器，光耦合器，第一光隔离器、第二光隔离器和半导体光放大器；可调谐半导体激光器与第一偏振控制器相连并接入光耦合器的一个输入端；铌酸锂电光调制器的输入端接收待延时的信号光，输出端与第二偏振控制器相连并接入光耦合器的另一个输入端；光耦合器的输出接到两端连有隔离器的半导体光放大器。本发明的慢光可调时延器具有处理高速率信号的能力，并且延时量可以通过改变注入SOA的电流、泵浦光和信号光的功率以及频率差进行调节，具有操作简单，易于集成的优点。

Description

基于半导体光放大器的慢光可调时延器
技术领域
本发明涉及一种适用于光纤通信系统的基于半导体光放大器的慢光可调时延器，应用于全光分组交换网络中的光缓存、光学传感、图像处理等领域。
背景技术
在通信系统向全光通信发展的过程中，光速的可控显得尤为重要。在交换系统与传输系统、终端设备之间的光节点位置需要加入光电光转换器才能实现通信系统的正常传输。但是电子器件转换效率的上限仅为光纤最大容量的千分之一，并且处理过程繁琐，因此，在光节点位置利用慢光可调时延器可以实现光域内对光信号进行缓存、处理，解决光交换/光路由的问题。
慢光产生的实质是要求在脉冲波形传播过程中大体保持不变的前提下在一定的频率变化范围内色散曲线有足够大的正斜率。目前，实现慢光的方法很多，具体介绍如下：
首先，利用电磁感应透明EIT技术在气体介质中产生慢光。美国的Standford大学在1991年首次在Sr原子中观察到此现象并得到理论验证。之后，德国Hannover大学在试验中得到Cs气体可以使光速减慢为3000m/s；美国Standford大学的Harris小组利用接近绝对零度的钠原子气体(50nk)作为介质，用特定波长的激光激发，得到了光的群速度为35.2m/s；Kash等人在铷原子蒸汽(T＝360K)中利用加大激光束半径的方法得到了10m/s的光速。电磁感应透明技术虽然发展较早，但是目前仍然停留于实验室阶段，并且实验对温度条件要求严格，气体介质不易控制，因此难以应用于实际当中。
其次，利用受激布里渊放大SBS技术或者受激拉曼放大SRS技术在光纤中的产生慢光。光纤中的受激布里渊散射具有天然的窄增益峰，可以产生强的色散，易于产生慢光，并且与光纤通信系统有好的兼容性。2005年KwangYongSong等人在光纤中利用SBS实现了对光速的减慢。这种方法的不足之处是光纤的受激布里渊带宽较窄，并且SRS和SBS的延迟量仅有纳秒级，这也影响了其实用化。
再次，利用相干布局震荡(CPO)的方法在固体介质中产生慢光。例如红宝石和紫翠玉晶体、掺铒光纤晶体可以在特定条件下产生慢光，但是目前遇到的困难是实验室中光通信的波长只能用于特定的波长，有些晶体材料产生的波长不在光通信波长上，而且特殊晶体材料需要集成电子学制成电子模块，这也是复杂的过程。
发明内容
为了克服上述不足，我们提出一种新的慢光可调时延时器。
本发明采用的技术方案是：一种基于半导体光放大器的慢光可调时延器，包括：可调谐半导体激光器，铌酸锂电光调制器，第一和第二两个偏振控制器，光耦合器，第一光隔离器、第二光隔离器和半导体光放大器；可调谐半导体激光器与第一偏振控制器相连并接入光耦合器的一个输入；铌酸锂电光调制器的输入端接收待延时的信号光，输出端与第二偏振控制器相连并接入光耦合器的另一个输入端；光耦合器的输出接到两端连有隔离器的半导体光放大器。
本发明中，所述的可调谐半导体激光器用来产生功率可调的泵浦光，不同的泵浦光功率产生不同的延时效果；所述的两个偏振控制器用来调节使得待延时的信号光和泵浦光的偏振方向一致；所述的铌酸锂电光调制器用于调制待延时的信号光和泵浦光强度一致；所述的光隔离器用来防止光束的背向反射并保证光束的单向传播；所述的慢光可调时延器，通过对半导体光放大器的工作电流大小的调解，调整延时器的延时时间。
半导体光放大器是有源器件，随注入电流的增加，有源区的粒子数处于反转分布状态，受激辐射占主导地位，SOA不仅具有线性放大功能，而且还有非线性效应，当泵浦光和待延时的信号光在SOA的有源区介质中相互作用时，光强度上的叠加会形成一个折射率光栅，同时产生新的频率分量，该分量包含了信号光的强度和相位信息，此时，SOA的有源区介质内的载流子浓度发生改变，引起介质折射率与光频率的相对变化率发生改变，从而导致信号光的群速度减慢，起到延时效果。基于SOA的慢光可调时延器具有处理高速率信号的能力，并且延时量可以通过改变注入SOA的电流、泵浦光和信号光的功率以及频率差进行调节，易于与其他半导体光电器件芯片集成在一个芯片上，具有不可比拟的优点。
附图说明
图1是本发明基于半导体光放大器的慢光可调时延器的结构示意图。
图2的上部虚框内是本发明的基于半导体光放大器的慢光可调时延器；下部虚框内是进行延时测量部分的测量装置结构示意图。
图1中：1.可调谐半导体激光器，2.偏振控制器，3.偏振控制器，4.铌酸锂电光调制器，5.光耦合器，6.光隔离器，7.半导体光放大器，8.光隔离器。
图2中：9.分布反馈式激光器，10.信号发生器，11.1∶1功率分路器，12.光电探测器，13.可调谐滤波器，14.示波器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。本发明基于半导体光放大器的慢光可调时延器的结构，如图1所示。可调谐半导体激光器1与偏振控制器2相连并接入光耦合器5的输入一端，光耦合器5的输入的另一端与偏振控制器3的一端相连，偏振控制器3的另一端与铌酸锂电光调制器4相连，铌酸锂电光调制器4的作用是输入待延时的信号光和调制信号；光耦合器5的输出端与隔离器6的输入端相连，隔离器6的输出端与半导体光放大7的输入端相连，半导体光放大器的输出端与隔离器8的输入端相连。调节可调谐半导体激光器1可以产生不同功率的泵浦光，实现不同的延时效果；调节偏振控制器2和3可以实现待延时的信号光与输出的泵浦光的偏振方向一致；调节铌酸锂电光调制器4可以使信号光与泵浦光的强度一致；调节半导体光放大器7的工作电流也可以实现不同的延时效果。
本发明工作时：
由于半导体光放大器的有源区具有三阶非线性效应，导致在强泵浦光作用下，载流子浓度发生变化，形成动态光栅，折射率变化率增加，引起在其中传输的光的群速度降低，即光包(信息)的传播速度降低。在SOA的两端加隔离器是为了防止反射光对介质增益的影响；采用可调谐半导体激光器产生泵浦光，可以实现泵浦光的功率可调，是为了实现可调的延时效果；在泵浦光和待延时的信号光之后接偏振控制器是为了保证两者的偏振方向一致，是能够达到延时效果的关键条件之一；铌酸锂电光调制器用来调节待延时的信号光强度与泵浦光强度一致，也是能够实现延时效果的关键条件之一。通过对半导体光放大器的工作电流大小的调解，调整延时器的延时时间。半导体光放大器的工作电流越大，延时时间长。
图2的上部虚框内是本发明的基于半导体光放大器的慢光可调时延器；下部虚框内是进行延时测量部分的测量装置结构示意图。图中，分布反馈式激光器9用来产生待延时的信号光，信号发生器10用来产生调制信号，调制信号经过1∶1功率分路器11之后分成两路，一路接入示波器14的CH1通道，作为原始的参考信号，另一路接入铌酸锂电光调制器，加载于待延时的信号光上，经过本发明的基于SOA的慢光可调时延器之后从光隔离器8输出，之后接入光电探测器12的输入端，将光信号转变为电信号，再接入可调谐滤波器13，将加载有调制信号的被延时光信号转变得到的电信号滤除，并接入示波器14的CH2通道，可以得到两列脉冲序列，进而观察延时效果。

Claims (6)

1.一种基于半导体光放大器的慢光可调时延器，包括：可调谐半导体激光器，铌酸锂电光调制器，第一和第二两个偏振控制器，光耦合器，第一光隔离器、第二光隔离器和半导体光放大器；可调谐半导体激光器与第一偏振控制器相连并接入光耦合器的一个输入；铌酸锂电光调制器的输入端接收待延时的信号光，输出端与第二偏振控制器相连并接入光耦合器的另一个输入端；光耦合器的输出接到两端连有隔离器的半导体光放大器。
2.根据权利要求书1所述的慢光可调时延器，其特征在于，所述的可调谐半导体激光器用来产生功率可调的泵浦光，不同的泵浦光功率产生不同的延时效果。
3.根据权利要求1所述的慢光可调时延器，其特征在于，所述的两个偏振控制器用来调节使得待延时的信号光和泵浦光的偏振方向一致。
4.根据权利要求1所述的慢光可调时延器，其特征在于，所述的铌酸锂电光调制器用于调制待延时的信号光和泵浦光强度一致。
5.根据权利要求1所述的慢光可调时延器，其特征在于，所述的光隔离器用来防止光束的背向反射并保证光束的单向传播。
6.根据权利要求1所述的慢光可调时延器，其特征在于，通过对半导体光放大器的工作电流大小的调解，调整延时器的延时时间。
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