基于半导体光放大器四波混频效应的慢光特性研究

摘要

全光存储和缓存是光分组交换网络在解决输出端数据竞争问题、实现全光路由的关键技术，如何使光波群速度减慢来实现光存储和光信息处理已经成为近年来国内外研究的热点问题之一。半导体光放大器(SOA)拥有体积小、可集成性强、与光纤通信系统兼容等特点，利用它的四波混频(FWM)效应可以在室温下获取快光和慢光。本文以行波SOA为研究对象，对基于SOA近简并四波混频效应的慢光时延特性和光增益特性进行了理论分析和数值计算，主要内容如下：
　　(1)采用SOA分段模型，分析了行波SOA的增益饱和特性。结果表明输入光功率过大会导致SOA出现增益饱和，增大偏置电流可以在一定程度上缓解增益饱和，但同时却会降低SOA的饱和输入功率。
　　(2)讨论了基于SOA近简并FWM效应的光增益特性，分析了共轭光转换效率、信号光透过率随线宽增强因子、输入泵浦光功率、偏置电流等参数的变化规律。增大偏置电流和线宽增强因子，或者合理地增加输入泵浦光功率均可以提高共轭光转换效率，并能增大信号光透过率随频率失谐的变化范围，过高的输入泵浦光功率会导致共轭光转换效率及信号光透过率的下降。
　　(3)根据行波SOA的四波混频效应，讨论了稳态条件下的慢光时延特性。定量分析了信号光时延量与偏置电流、频率失谐、泵浦光功率的数值关系，以及泵浦光功率、载流子寿命的改变对慢光工作带宽造成的影响。通过有限差分法对瞬态情况下输出信号光脉冲时延量及峰值功率随频率失谐、偏置电流等参数的变化规律进行了数值分析。
　　在利用SOA近简并FWM效应获取慢光(快光)时，信号光时延量(超前量)可以通过调节频率失谐、偏置电流、输入泵浦光功率等参数来进行控制，在SOA还未饱和前，信号光时延量会随着偏置电流和输入泵浦光功率的增加而增加；过高的输入泵浦光功率会引起信号光时延量的下降，而且偏置电流越大，导致时延量下降的临界泵浦光功率会越小；增加输入泵浦光功率可以获取较高的慢光工作带宽，较大的载流子寿命虽然可以提升最大时延量，但却会对工作带宽造成一定的压缩。