CN103795462B - 一种测量半导体光放大器色散的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量半导体光放大器（SOA）色散的方法，该方法包括如下步骤：测量输入光的每个波长对应的增益值：使用可调谐激光器作为光源，用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后所获得的增益；由增益计算出SOA的色散：由色散的定义推导出色散和增益的关系，计算出相应的色散值。本发明为测量SOA色散的方法，该方法简单、易操作，实验系统简洁，利用该方法可以很方便地测出SOA的色散，对于研究SOA的工作特性、优化光通信系统具有很大的意义和实用价值。

Description

一种测量半导体光放大器色散的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种测量半导体光放大器（SOA）色散的方法

背景技术

光通信技术由于其自身的优越性，逐渐成为通信网中主要的传输技术。光通信系统中传输的信号通常都是具有一定带宽的信号，这类信号在色散介质中传输就有可能出现色散现象，如光脉冲中不同频谱的成分传输速度不同会导致脉冲展宽，在数字光通信系统中就可能引起相邻脉冲叠加，造成码间干扰，使光通信系统性能下降。而且随着传输速率的提高，信号频谱宽度不断增加，色散引起的脉冲展宽也迅速增加。可以看出，色散是通信系统中一个重要的参数。

半导体光放大器（SOA）广泛应用于光纤通信网络、光纤传感系统和高速光信号处理技术中。线性功率放大型SOA可以作为光发送机的功率放大器、光纤系统的在线中继放大器、光接收机的前置放大器和光分路补偿功率放大器，也可以与其他光器件构成环形腔激光器，用于光纤通信系统的测量和OCT（Optical Coherence Tomography）等光纤传感。高非线性SOA和低载流子寿命SOA在高速全光信号处理方面已经实现了高速光开关、波长变换、多种全光逻辑、偏振控制器等。

SOA由于其高非线性和高集成度等特点，已经成为全光信号处理的关键器件，但是，非线性效应不仅与SOA的结构、工作电流、外部注入光功率等有关，而且非线性效率以及基于非线性完成的各种功能器件性能与群速度色散有关，由于信号光的走离现象，SOA在色散较小时能表现出更好的非线性效应。

目前，人们对SOA的色散研究报道并不多见。为了研究方便，最早GovindP.Agrawal等曾假设SOA的色散值，但是后来被验证该假设值不正确。Patrick Runge等人计算出了1300nm～1800nm范围内SOA的色散，并分析了载流子浓度和温度对色散的影响，但是仅报道了数值计算结果，没有相关的实验研究结果。Katie L.Hall等人曾测量波长在1550nm附近V型槽半导体激光器的色散，但其所测量的波导色散并不适合现在SOA的非谐振结构。

发明内容

本发明目的是提供一种简单的测量SOA色散的方法。

本发明所述的一种测量SOA色散的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

步骤1：测量输入光的每个波长对应的增益值：使用可调谐激光器作为光源，用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后所获得的增益；

步骤2：由增益计算出SOA的色散：由色散的定义推导出色散和增益的关系，计算出相应的色散值。

进一步，所述步骤1具体包括：

使用可调谐激光器作为光源，与SOA输入端之间用隔离器连接，SOA输出端与光功率计连接，设定合适的波长间隔，使用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后的功率值，与输入功率的比值即为所获得的增益。

进一步，所述步骤2具体包括：

由Kramers-Kronig关系，得到SOA中信号相移与增益的关系；

由色散的定义推导出色散系数与相移常数的关系，相移常数变量为波长；

由相移和相移常数的关系，得到SOA的总色散与相移的关系；

将相位对波长的微分全部替换为增益对波长的微分，即得到色散与增益之间的关系；

将所测得的增益值代入色散与增益的关系中，计算出相应的色散值。

本发明基于Kramers-Kronig关系，得到了SOA群速度色散与增益之间的关系，提出一种通过测量SOA的增益谱，得到群速度色散的方法。该方法简单易行，实验系统简洁，理论上和实验上均可行，对于研究SOA的工作特性具有很大的实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例测量输入光经SOA后所获得的增益的系统框图。

图2是本发明实施例增益随波长的变化曲线。

图3是本发明实施例色散随波长的变化曲线。

具体实施方式

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种测量SOA色散的方法，包含以下步骤：

测量输入光的每个波长对应的增益值：使用可调谐激光器作为光源，用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后所获得的增益；

如图1所示，使用可调谐激光器作为光源，调谐范围为1530nm～1610nm，设定合适的波长间隔，如0.5nm。可调谐激光器与SOA输入端之间用隔离器连接，SOA输出端与光功率计连接，使用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后的功率值，与输入功率的比值即为所获得的增益。

由增益计算出SOA的色散：由色散的定义推导出色散和增益的关系，计算出相应的色散值。

由Kramers-Kronig关系，得到SOA中信号相移与增益的关系：

其中α为线宽增强因子。 （1）

由色散的定义推导出色散系数与相移常数的关系，相移常数变量为波长：

参考普通光纤的群速度色散定义，定义SOA的色散系数为单位长度单位波长间隔的时延差，经简单数学计算，可得到单位长度SOA的色散系数D为

$D=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2\mathrm{\πc}}{\mathrm{\β}}_r^{\′\′}-\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\πc}}{\mathrm{\β}}_r^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right),({\mathrm{\β}}_r^{\′}=\frac{d{\mathrm{\β}}_r}{\mathrm{d\λ}},{\mathrm{\β}}_r^{\′\′}=\frac{d{\mathrm{\β}}_r^{\′}}{\mathrm{d\λ}}),$ 其中β_r为相移常数。 （2）

由相移和相移常数的关系，得到SOA的总色散与相移的关系：

相移则SOA的总色散D_GVD（≡D·z）可以表示为

将相位对波长的微分全部替换为增益对波长的微分，即得到色散与增益之间的关系：

$D_{\mathrm{GVD}}=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{4\mathrm{\πc}}\mathrm{\α}\frac{1}{G^2}{\left(G^{\′}\right)}^2+\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{4\mathrm{\πc}}\mathrm{\α}\frac{1}{G}{G}^{\′\′}+\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\πc}}\mathrm{\α}\frac{1}{G}{G}^{\′}.---\left(4\right)$

将所测得的增益值代入色散与增益的关系中，计算出相应的色散值。

图2为SOA电流为130mA，输入功率为40μW时，测得的每个波长的输入光经SOA后所获得的增益，波长范围为1530nm～1610nm，所取波长间隔为0.5nm。

图3为代入上述增益值后，测出的相应的色散值。

以上是对本人发明的描述而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种测量SOA色散的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

步骤1

测量输入光的每个波长对应的增益值：

使用可调谐激光器作为光源，用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后所获得的增益；

步骤2

由所述的增益计算出SOA的色散：

(a)由Kramers-Kronig关系，得到SOA中信号相移与增益的关系：

其中α为线宽增强因子 (1)

(b)由色散的定义推导出色散系数与相移常数的关系，相移常数变量为波长：

参考普通光纤的群速度色散定义，定义SOA的色散系数为单位长度单位波长间隔的时延差，经简单数学计算，可得到单位长度SOA的色散系数D为

$D=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2\mathrm{\π}c}{\mathrm{\β}}_r^{\′\′}\left(\mathrm{\λ}\right)-\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\π}c}{\mathrm{\β}}_r^{\′}\left(\mathrm{\λ}\right),({\mathrm{\β}}_r^{\′}=\frac{{\mathrm{d\β}}_r}{d\mathrm{\λ}},{\mathrm{\β}}_r^{\′\′}=\frac{{\mathrm{d\β}}_r^{\′}}{d\mathrm{\λ}}),$ 其中β_r为相移常数 (2)

(c)由相移和相移常数的关系，得到SOA的总色散与相移的关系：

相移则SOA的总色散D_GVD(≡D·z)可以表示为

(d)将相位对波长的微分全部替换为增益对波长的微分，即得到色散与增益之间的关系：

$D_{GVD}=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{4\mathrm{\π}c}\mathrm{\α}\frac{1}{G^2}{\left(G^{\′}\right)}^2+\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{4\mathrm{\π}c}\mathrm{\α}\frac{1}{G}{G}^{\′\′}+\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}c}\mathrm{\α}\frac{1}{G}{G}^{\′}---\left(4\right)$

将所测得的增益值代入色散与增益的关系中，计算出相应的色散值。

2.根据权利要求1所述测量SOA色散的方法，其特征在于，所述的步骤1为：

使用可调谐激光器作为光源，可调谐激光器与SOA输入端之间用隔离器连接，SOA输出端与光功率计连接，设定波长间隔，使用光功率计读出每个波长的输入光经SOA后的功率值，与输入功率的比值即为所获得的增益。

3.根据权利要求1或2所述测量SOA色散的方法，其特征在于，可调谐激光器调谐范围为1530nm～1610nm，所设定的波长间隔为0.5nm。