非线性增益压缩论文报告

非线性增益压缩论文报告太赫兹光非对称解复用器TOAD1响应快、运转速率高、开关能量小、稳定性好、容易集成,是光时分复用OTDM系统的一种理想解复用器IGLESK2实验上得到了4PS的开关窗口,MGKANE3,KIKANG4和XIECHONGJIN5等对TOAD的输出特性作了初步的研究,DZHOU6分析了TOAD的信噪比但他们没有将TOAD中半导体光放大器SOA的非线性增益压缩效应考虑在内尽管JMTANG7考虑SOA的非线性增益压缩效应,研究了控制脉冲小于2PS时的TOAD输出特性,但没有就环时间非对称性、小信号增益、控制冲能量、宽度等连续变化的情形作进一步探讨,而且也没有涉及TOAD的有效开关窗口宽度非线性增益压缩对超短光脉冲有显著影响,引起非线性增益压缩的主要是光谱烧孔SHB和载流子加热CH8两种带内过程光谱烧孔的特征时间大约为50100FS,载流子加热的特征时间大约为700FS13PS本文首先考虑SOA的增益饱和与非线性增益压缩效应,给出了TOAD的理论模型,然后进行数值模拟,深入研究了非线性增益压缩效应对TOAD的开关特性及有效开关窗口宽度的影响,最后给出了结论1理论模型TOAD基本结构如图1所示设非线性元件NLE为SOA,定义环时间非对称性为TX/VLOOP,式中X为SOA偏离环中点的距离,VLOOP为光脉冲在环内的传输速度信号脉冲由端口A输入,经3DB耦合器分成两束,一束沿顺时针CW方向传输,另一束沿逆时针CCW方向传输,绕环一周后返回3DB耦合器干涉输出当没有控制光注入时,由于SOA对两共轭信号光的影响相同,信号光全部从端口A返回但当控制脉冲通过环内耦合器注入时,由于控制脉冲使SOA的增益特性受到调制,影响信号光的功率和相位,端口B可能有解复用信号光输出改变控制脉冲的能量、宽度、注入时间及SOA在环内的摆放位置,可以改SOA的动态增益响应,从而控制输出在本文的分析中,假设控制脉冲能量足够大,可以显调制SOA,而信号光的能量则相对较小,对SOA的影响可忽略不计控制、信号光脉冲在TOAD的SOA中的传输方程可表示为下列耦合方程组99GN式中PJZ,T和JZ,T分别代表光脉冲的功率和相位下标1代表控制脉冲,2、3分别代表CCW和CW信号脉冲,T为延迟坐标系的时间,A为线宽增强因子,AINT为内部损耗,E为非线性增益压缩因子,N为载流子浓度,SC为自发载流寿命,GNANN0,为模式约束因子,A为增益系数,N0为透明载流子密度,ESAT为饱和能量,G0AN0I/I01为小信号增益,I为注入电流,I0QVN0/SC为透明所需的注入电流,Q为电子电荷,V为有源区的体积忽略损耗,假设控制脉冲为高斯脉冲,由以上方程组可数可以看出,它实际上表示了光脉冲功率包络上每在整个SOA上的积分增益经过SOA后,控制光和两入射信号光的功率和相位可表示为2数值计算与结果讨论设入射信号脉冲为高斯脉冲,忽略SOA的长_特性图2给出了不同非线性增益压缩时端口B的归一化平均输出功率随CCW信号光相对于控制光时延的变化关系由图可见,改变信号光相对于控制光的时延,端口B的输出功率也随之改变若信号光过于超前或滞后控制光,端口B没有输出,全部从端口A返回,只有当时延在某一范围内,B端才会有信号光输出这样就在TOAD的输出与输入之间打开了一个时间窗口,称之为开关窗口由图还可以看出,对应于不同的非线性增益压缩,开关窗口的形状不同,出现明显的双峰结构,且峰值随之变化这是由于不同的非线性增益压缩导致SOA对控制脉冲不同的动态增益响应,两共轭信号光经过时受到的影响不一样,解复用输出随着变化所致图3给出了不同非线性增益压缩时端口B的归一化平均输出功率随环时间非对称性的变化关系由图可见,当SOA位于TOAD环中点时,两共轭信号光受的影响相同,解复用输出恒等于零,当SOA偏离环中点很小时,随着SOA在环内位置的改变输出急剧变化非线性增益压缩越大,变化越剧烈图4给出了不同非线性增益压缩时端口B的归一化平均输出功率随小信号增益的变化关系由图可见,随着小信号增益的增大,解复用输出振荡衰减非线性增益压缩越大,振荡周期越长解复用端口的输出大于输入端口的输出反射回去是解复用必须满足的最基本的要求定义有效开关窗口宽度为解复用端口B输出的信号脉冲能量大于等于A、B两端口输出信号脉冲总能量一半时的开关窗口总宽度解复用时,一方面,为了能够高速率运转,要求有效开关窗口宽度应尽量窄,这样有利于减小误码率但另一方面,有效开关窗口宽度太窄,导致信号脉冲或控制脉冲的抖动容限变小,因此需要在两者之间折衷处理出了不同非线性增益压缩时TOAD的有效开关窗口宽度随控制脉冲能量、宽度和环时间非对称性的变化关系由图5可以看出,当非线性增益压缩较小时,控制脉冲能量对有效开关窗口宽度影响显著而当非线性增益压缩大时,控制脉冲能量对有效开关窗口宽度影响变小由图6可以看出,当控制脉冲较窄时,非线性增益压缩对有效开关窗口宽度影响显著而当控制脉冲较宽时,则几乎不影响由图7可以看出,有效开关窗口宽度关于环时间非对称性为零的点几乎对称分布当环时间非对称性较小时,有效开关窗口宽度也较小当非线性增益压缩较小时,有效开关窗口宽度较小而当非线性增益压缩大且环时间非对称性较大相对而言时,有效开关窗口宽度较大在应用中,可以根据总速率来确定需要的有效开关窗口宽度最后,给个具体例子加以说明假若取各主要参数如下SOA长500LM,有源区宽15LM,深03LM,约束因子02,线宽增强因子6,载流子寿命05NS,增益数101020M2,小信号增益15104M1,控制、信号脉冲为高斯脉冲,工作波长1313LM,在SOA中的群速度85107M/S,环时间非对称性2PS,控制脉冲1PJ,宽1PS,信号脉冲002PJ,宽1PS,非线性增益压缩因子01理论计算得有效开关窗口宽度为27PS,SOA的恢复时间为1600PS可取时分复用信号的帧长为1600PS,每个信道占用的时隙取4PS包含一定的保护频带,则每一信道的速率为0625GBIT/S,复用的信道数为400,总线速率可达250GBIT/S3结论充分考虑TOAD中SOA的增益饱和与非线性增益压缩效应,假设控制脉冲、信号脉冲为高斯脉冲,深入研究了非线性增益压缩效应对TOAD开关特性的影响,并首次提出了有效开关窗口宽度的概念结果表明开关窗口形状受非线性增益压缩的影响显著,窗口出现明显的双峰结构非线性增益压缩越大,解复用输出对SOA在环内的位置越敏感随着小信号增益的增大,解复用输出振荡衰减,非线性增益压缩越大,振荡周期越长当非线性增益压缩较小时,控制脉冲能量对有效开关窗口宽度影响显著而当非线性增益压缩大时,控制脉冲能量对有效开关窗口宽度影响变小只有当控制脉冲较窄时有效开关窗口宽度才受非线性增益