SOA中的交叉增益压缩效应及其在DPSK信号全光2R再生中的应用

摘要

半导体光放大器（SOA）有非线性系数高、增益谱宽、体积小和易于集成的优点,因此在全光信号处理领域受到了广泛的关注。差分相移键控（Differential Phase-Shift Keying，DPSK）调制方式与传统的OOK（On-Off Keying）调制方式相比，具有更高的非线性容限，结合干涉仪解调和平衡探测可以明显提高接收机的灵敏度，成为高速、长距离光纤传输系统研究的热点。本文对深饱和SOA中的交叉增益压缩（Cross-Gain Compression，XGC）效应进行了理论研究，在此基础上对基于该效应的DPSK信号2R再生（Reamplifying，Reshaping）进行了再生性能的分析。
　　 本论文首先建立了包含两个偏振态的SOA理论模型，其中考虑了纵向载流子浓度的非均匀分布以及增益谱随载流子浓度的漂移，载流子加热、光谱烧孔等高阶非线性效应造成的增益压缩用增益压缩因子描述。在分析SOA静态和动态特性的基础上，分析了SOA的物理参数和外部工作条件对XGC效应整形作用的影响，如有源区长度、载流子寿命、增益压缩因子、模场限制因子、入射光功率、光波长等，结果表明XGC效应可以明显抑制振幅噪声，且通过SOA的物理参数和外部工作条件的优化设计可以实现XGC效应的增强。为了全面分析基于XGC效应的DPSK信号2R再生方案的再生性能，对SOA可能引入的相位噪声进行了详细的研究，结果表明XGC效应在抑制振幅噪声的同时，SOA引入的非线性相位噪声会使得相位出现一定程度的劣化，但是相位劣化不足以抵消XGC效应对振幅噪声的抑制作用，通过选择适当的SOA 物理参数和外部工作条件，可以尽可能地抑制非线性相位噪声的产生，从而提高再生器的再生能力。总体而言，XGC效应对信号的振幅噪声有良好的抑制作用，基于该效应的DPSK信号2R再生应用达到了良好的效果。