雙折射對SOA中超短脈沖啁啾的影響

劉偉慈+梁瑞生+許曉慧+丁南+朱勝利

摘 要 超短脈沖通過半導體光放大器時增益變化很大，而雙折射的存在，使TE模式和TM模式的光譜分布不一樣。本文主要研究超短脈沖傳輸時其雙折射效應對SOA啁啾影響。結果發現TE和TM模的啁啾隨時間、波長、電流的演化差別很大，這對高速長距離光纖通信不利。因此提出了通過改變SOA波導結構和在有源區引進合適的張力來減少這種影響。

關鍵詞 啁啾；超短脈沖；雙折射

中圖分類號 0437 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）185-0059-03

半導體光放大器（SOA）的寬帶增益非常大；有極強的集成能力，易于與其它器件集成；能對自身損耗進行增益補償。SOA具有高可靠性、易于小型化、價格低廉的優點，在通信市場有極大的應用。超短脈沖技術在近年來飛速發展[ 1 - 2 ]，而從雙折射角度研究超短脈沖下的脈沖啁啾特性甚少。超短脈沖通過SOA時增益變化很大，雙折射的存在使TE模式和TM模式的光譜分布不一樣，啁啾分布也存在差別，啁啾增大對高速長距離光纖通信不利，因此研究超短脈沖傳輸時其雙折射效應對SOA中超短脈沖啁啾影響很有必要。本文采用分段模型詳細分析了超短脈沖傳輸時雙折射對信號脈沖啁啾的影響。

1 理論模型

啁啾是指光脈沖中心頻率（或中心頻率的移動量）隨時間的變化，通常用中心頻率（或頻移）隨時間變化的斜率表示啁啾參數，啁啾參數為正則為正啁啾，為負則為負啁啾。量子阱能帶技術的發展和工程的實施，全面提高了SOA的性能，例如放大能力達到飛秒級超短脈沖。光脈沖在SOA內部傳輸時，受激輻射影響縱向載流子的密度，并導致增益的不均勻分布；而雙折射的存在，使TE模式和TM模式的光譜分布不一樣，啁啾分布存在差別。為了更準確研究半導體光放大器在超短脈沖傳輸時雙折射對信號脈沖啁啾的影響，本文采用的模型是考慮了自發輻射噪聲、有源區內載流子注入效率和端面反射系數的分段動態模型。該方程中考慮了SOA的放大自發輻射、增益譜的漂移不對稱、和載流子壽命動態恢復。

本文將SOA分為41段，對載流子速率方程（3）用四階龍格—庫塔法進行數值求解，并進行模擬計算分析，結果如圖所示，各圖中給出了幾個具有代表性的子段中的脈沖和啁啾的變化情況。

從圖1可以看出，考慮端面反射時，剛開始兩種模式下啁啾變化不大，保持小信號時的值，接著由于每一段的載流子濃度隨著光脈沖上升沿的到來而快速減少，啁啾亦急速下降，隨后緩慢恢復，最后趨于平緩，后又緩慢回升，TE模啁啾大于TM模啁啾峰值。越靠近輸出端，下降和恢復的速度更快，正負啁啾峰值也越大，這是由于放大的脈沖會消耗更多的載流子。比較圖1和圖2，可看出，考慮端面反射時會出現多峰現象，是因為端面反射的存在使載流子的消耗產生較大的波動。

由圖3可知，兩種模式下正啁啾隨波長的變大而緩慢上升，負啁啾雖有所波動，但總的趨勢是下降，即絕對值增大。相同條件下，TE模式下的最大啁啾絕對值比TM模式時的最大啁啾絕對值大很多，說明雙折射效應影響較大；而最小處兩者相差不大，雙折射效應影響不明顯。

在圖4中，兩種模式下正啁啾隨電流的變大而緩慢上升，負啁啾雖有所波動，但總的趨勢是下降，即絕對值增大，這是由于加大電流，會使SOA中載流子密度增大，從而使增益變大，故啁啾變大。相同條件下，TE模式下的最大啁啾絕對值比TM模式時的最大啁啾絕對值大很多，并且正啁啾的相差程度大于負啁啾，說明不同的模式限制因子和微分折射率對其有較大的影響，而最小處兩者相差不大，說明影響不明顯。

3 結論

參考文獻

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