[发明专利]一种基于半导体光放大器的有源光学时间积分器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于半导体光放大器的有源光学时间积分器，适用于光信号处理和超快光子学等领域。

背景技术

信息技术和通信网络系统的快速发展对光电子器件提出了越来越苛刻的要求，高速度、高带宽、低功耗的光电子器件越来越受到青睐。然而由于传统电子器件的速度限制，它们无法提供较快的信息处理速度，且它们的工作带宽也受到很大限制。全光器件内在的具有高信号处理速度、低功耗和较大的工作带宽等优势。

光学时间积分器是一种能够进行全光信号处理和计算的基本器件，它同电子学中的积分器作用类似，能够对任意输入的光信号进行积分。这种器件在光暗孤子检测、脉冲整形、光存储单元以及光子模数转换器等领域中已经得到应用。在目前的关于光学时间积分器的理论和实验报告中，大多采用的是光无源器件来制作光学时间积分器，例如基于光纤布拉格光栅(FBG)和微环谐振腔的无源光学积分器，但这些光无源器件构成的积分器的积分时间窗口和工作带宽受到限制且无法调谐，而在实际应用中总是期望积分时间窗口和工作带宽越大越好。这个有限的积分时间窗口是由于光无源器件的损耗导致的，要扩展积分时间窗口，就应当寻求一种能够进行损耗补偿的有源器件来构成光学时间积分器。

半导体光放大器是现代光通信网络和光信息处理中应用非常广泛的一种有源光学器件，而且其工艺与半导体工艺是兼容的，便于与其它半导体器件集成。根据半导体光放大器两端面反射率和单程增益的乘积的关系，其有两种工作模式：F-P放大器模式和行波放大器模式当它工作于F-P放大器模式时，相当于一个有源F-P腔滤波器，当接近1时它的频率响应函数比例于阶跃函数u(t)的频率响应，而在时域，对于输入光信号f(t)和u(t)的卷积有：因此当半导体光放大器工作于F-P模式下，在满足一定的工作条件时也能够作为光学积分器使用。相比于基于光纤布拉格光栅和微环谐振腔等无源光学器件构成的光学积分器，基于半导体光放大器的有源光学时间积分器可以通过调节注入电流来改善积分器的性能，如积分时间窗口；可以通过选择具有较高净模增益系数的材料和器件结构来提高积分器的工作带宽。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，设计了一种基于半导体光放大器的积分时间可调谐的光学时间积分器，此半导体光放大器工作在F-P模式下作为光学积分器使用时，用精密电流源控制半导体光放大器的注入电流，以最大程度接近其激射阈值电流，这时F-P光放大器具有很高的Q值，其积分时间窗口理论上可以达到无穷大。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提出一种基于半导体光放大器的有源光学时间积分器，能够实现对任意输入的光信号进行积分。

本发明的用作光学时间积分器的半导体光放大器的两端面应镀高反射率薄膜，以保证它工作在F-P模式下。

本发明提出一种有源光学时间积分器，包括半导体光放大器，并且在所述半导体光放大器两端镀有高反射率薄膜，所述半导体光放大器工作在法布里-珀罗模式下。

根据本发明的一种具体实施方式，所述半导体光放大器包括增益介质，该增益介质的材料的模增益系数高于0.1cm^-1。

根据本发明的一种具体实施方式，所述增益介质的光场限制因子高于0.1。

根据本发明的一种具体实施方式，所述高反射率膜的反射率和激光器芯片有源区单程增益系数的乘积应大于0.5。

根据本发明的一种具体实施方式，所述高反射率膜的反射率和激光器芯片有源区单程增益系数满足关系：其中，R₁表示半导体光放大器左端面反射率，R₂表示半导体光放大器右端面反射率，G_S表示半导体光放大器单程增益值。

根据本发明的一种具体实施方式，所述半导体光放大器的注入电流无限接近其激射阈值但不超过激射阈值。

(三)有益效果

本发明的一种基于半导体光放大器的有源光学时间积分器，能够对任意输入光信号进行积分，且通过调谐注入电流，可以达到超长积分时间窗口。

附图说明

图1是本发明的有源光学时间积分器的结构图以及输入光脉冲信号在F-P腔内的往返运动的动态行为示意图。

图2是本发明的有源光学时间积分器的频率响应图，包括幅度响应(a)和相位响应(b)。

图3是本发明的有源光学时间积分器的仿真结果图与理想光学积分器的输出结果对比图。

具体实施方式