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1、(最新整理)第四章(4)光放大器2021/7/2614.3半导体光放大器半导体光放大器(SOA)4.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器2021/7/262半导体光放大器半导体光放大器 半导体光放大器的机理与激光器的相同，即半导体光放大器的机理与激光器的相同，即。光放大器只是光放大器只是半导体光放大器是一种半导体光放大器是一种的具有光增益的的具有光增益的光光（子）器件。（子）器件。2021/7/263 F-P腔激光腔激光器减小腔体器减小腔体界面反射，界面反射，可使激光器可使激光器变为放大器。变为放大器。这种放大器这种放大器就称为就称为

2、 F-P 放大器。放大器。注入电流注入电流输入输入光信号光信号输出光信号输出光信号有源区有源区Lz=z=Lz z反射面反射面R反射面反射面R0一、一、F-P SOA的结构和原理的结构和原理4.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理2021/7/264 不同反射率时的不同反射率时的F-P SOA的增益频谱曲线的增益频谱曲线F-P谐振腔反射率谐振腔反射率 R 越越大，大，SOA的增益越大。的增益越大。但是，当但是，当 R 超过一定超过一定值后，光放大器将变值后，光放大器将变为激光器。为激光器。当当 GsR=1 时，时，Gmax将变为无限大，此时，将变为无限大，此时，SOA 产生激光发射。产生激光发

3、射。4.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理一、一、F-P SOA的结构和原理的结构和原理2021/7/265 行 波 光 放 大行 波 光 放 大器 是 一 个 没器 是 一 个 没有 反 馈 的 激有 反 馈 的 激光器。光器。其 核 心 是 当其 核 心 是 当放 大 器 被 光放 大 器 被 光或电泵浦时，或电泵浦时，使 粒 子 数 反使 粒 子 数 反转 获 得 光 增转 获 得 光 增益。益。二、行波半导体光放大器二、行波半导体光放大器注注入入电电流流输输入入光光信信号号输输出出光光信信号号有有源源区区Lz=0z=Lz z4.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理2021/7/2

4、664.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理二、行波半导体光放大器二、行波半导体光放大器对于作为行波放大器的对于作为行波放大器的SOA，反射率必须，反射率必须减小端面反射反馈减小端面反射反馈，就可以制出行波半导体光，就可以制出行波半导体光放大器（放大器（SOA）。）。减小反射率的一个简单方法是在界面上镀以减小反射率的一个简单方法是在界面上镀以2021/7/2674.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理可以得到可以得到必须满足条件必须满足条件(Gs单程增益单程增益)当满足上式时，把半导体光放大器（当满足上式时，把半导体光放大器（SOA）作为行）作为行波（波（TW）放大器来描述其特性。）放大器

5、来描述其特性。二、行波半导体光放大器二、行波半导体光放大器17.021sRRG421107.1RR设计提供设计提供 30 dB 放大倍数放大倍数(G=1000)的的 SOA，解，解理面的反射率应该满足理面的反射率应该满足。2021/7/268。在大多数情况下，在大多数情况下，可以使反射率小于可以使反射率小于3dB时，时，决定，是决定，是FPA；反之，；反之，G3dB 时时，认为是，认为是TWA。要求放大器端面反射率必须满足：要求放大器端面反射率必须满足：120.17sGR R 此时，放大器的增益特性，主要决定于此时，放大器的增益特性，主要决定于Gs4.3.1 SOA的结构和原理的结构和原理二、

6、行波半导体光放大器二、行波半导体光放大器减小反射率的方法减小反射率的方法2s12s1211GR RGGR R 2021/7/2611光波长转换器（光波长转换器（Wavelength Converter）是一种实现将光信号从某一波长的光载波转换至另）是一种实现将光信号从某一波长的光载波转换至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统向光网络演变的一个关键性器件。一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统向光网络演变的一个关键性器件。4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器光波长转换技术是指把某一个（或一些）波长光波载运的信息变换光波长转换技术是指把某一个（或一些）波长光波载运的信

7、息变换到由另一个（或另一些波长）光波载运的技术，基本功能就是到由另一个（或另一些波长）光波载运的技术，基本功能就是将某将某一输入波长光转换到另一输出波长光一输入波长光转换到另一输出波长光全光波长转换通常利用全光波长转换通常利用，将输入波长信号在，将输入波长信号在直接转移到某一新的波长上，无须经过光电变换直接转移到某一新的波长上，无须经过光电变换2021/7/2612实现全光波长转换的技术实现全光波长转换的技术,主要有以下几种：主要有以下几种：利用利用SOA中的四波混频效应（中的四波混频效应（FWM）4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器2021/7/2613Input Po

8、werGainInput Signal i iOutput Signal c c基本原理是基本原理是:半导体光放大器达到饱和状态后，半导体光放大器达到饱和状态后，。4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器2021/7/2614工作原理：基于工作原理：基于4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器2021/7/2615-12-10-8-6-4-20246-18-16-14-12-10-8-6-4-20 output power of CW(dBm)signal power(dBm)基于基于SOA-XPM波长转换器波长转换器实验结果实验结果静态调制曲线4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器2021/7/2616FilterPump pSOASignal iI bias c四波混频效应产生的四波混频效应产生的正比于相互作用波正比于相互作用波；转换波的；转换波的则是相互作用波的相应量的则是相互作用波的相应量的。4.3.2 基于基于SOA的全光波长转换器的全光波长转换器基于基于SOA的四波混频效应实现的全光波长转换器是唯一一种能的四波混频效应实现的全光波长转换器是唯一一种能。2021/7/2617性能比较性能比较2021/7/2618半导体光放大器外形半导体光放大器外形2021/7/26192021/7/26202021/7/2621