[发明专利]一种改善基于半导体光放大器偏振旋转效应全光采样线性度的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，集成光学领域以及光电信号处理领域，它特别涉及改善基于半导体光放大器偏振旋转全光采样线性度的方法。

背景技术

基于半导体光放大器(SOA)偏振旋转的全光采样技术是一种光控光的信号变换技术(见文献张尚剑张谦述李和平等.基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样[J].半导体学报，2008，29(6)：1031-1035)，利用模拟信号光对半导体光放大器中的载流子浓度和增益的调制作用，使得采样脉冲光的偏振态发生旋转，通过检偏器把脉冲光的偏振态调制转换成强度调制，得到强度被信号光调制的采样脉冲光，以此实现高重频脉冲光对模拟信号光的高速采样。

由于该方案基于非线性效应机理，采样过程中必然存在非线性失真，采样系统的非线性将直接影响全光模数转换器的转换精度。因此，改善采样系统的非线性是十分必要的。半导体光放大器的光增益对输入光功率呈现非线性变化的特性是产生非线性失真的重要因素，可以在半导体光放大器中引入增益钳制结构(Gain-clamped)对载流子浓度调制效应进行控制，减小半导体光放大器的光增益的非线性(见文献CHEN G X，LI W，XU C L et al.Time and spectral domain properties of distributed feedback type gain-clamped semiconductor optical amplifiers[J].IEEE Photon.Tech.Lett.，2006，18(8)：932-934)，增益钳制结构包括分布反馈结构、分布布拉格反射器结构、光纤布拉格光栅结构和环形腔结构等几种类型，实现这几种结构的生产工艺复杂，成本较高，不适用于一般半导体光放大器的应用场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善基于半导体光放大器偏振旋转效应全光采样线性度的方法，该方法通过注入合适功率的保持光减小半导体光放大器光增益的非线性，提高全光采样系统的线性度。它具有实现方式简单、效果明显等特点。

为了方便的描述本发明内容，首先做术语定义：

定义1半导体光放大器的偏振旋转效应

在半导体光放大器中，可以将输入的任意振动方向的线偏振光分成平行于波导层面和垂直于波导层面两个部分，即TE模与TM模。TE模与TM模在SOA中并不是完全独立传播的，它们通过载流子间接的联系起来，具有不同的增益和折射率，从而这两个模式在经过SOA之后产生增益差及相位差，引起偏振方向发生改变。在SOA之后连接一个偏振合束器，TE模与TM模在偏振合束器的透光轴上干涉，得到强度受到调制的线偏振光，这就是半导体光放大器的偏振旋转效应。(Dorren H J S，Lenstra D，Liu Y et al.Non-linear polarization rotation in a semiconductor amplifiers：Theory and application to all-optical flip-flop memories[J].IEEE J.Quantum Electron.，2003，39(1)：141-147)。

定义2全光采样的线性度与转换效率

根据信号分析理论，周期信号通过傅里叶级数展开其频谱为离散谱；非周期信号通过傅里叶变换其频谱为连续谱；周期信号与非周期信号，傅里叶级数与傅里叶变换，离散谱与连续谱，在一定条件下可以互相转换并统一起来。因此对单个频率信号采样失真分析是讨论任意模拟信号光采样失真的基础。一般引入线性度与转换效率两个指标对采样系统进行评价，输入的单频余弦信号(设强度为A₀，频率为ω)经过采样系统后，输出信号在频谱上将出现输入频率的倍频成分(2ω，3ω，…)。输出信号中二次及二次以上谐波分量与基波分量之比表征谐波失真，即D_k＝A_k/A_l(k＝2，3，…)，其中A_k为k次谐波分量的频谱强度，A_l为基波的频谱强度。D_k越大说明谐波失真越严重，反之则越小。输出信号基波分量的强度与输入基波强度之比表征转换效率，也可看成采样传输曲线的斜率，即E_f＝A_l/A₀，其中A₀是输入基波信号强度。

本发明提出了一种改善基于半导体光放大器偏振旋转效应全光采样线性度的方法，其特征是它包含以下步骤：

步骤1全光采样系统构成