[发明专利]光开关器件

说明书

发明背景

本发明涉及一种非线性光开关，具体讲是涉及包括一种半导体光增益媒质的一种光开关，该半导体增益媒质将可进行开关控制的相位改变施加在一个光信号上，和涉及包括该开关的光回路。

本发明涉及的这种非线性光开关具有广阔的应用前景。例如，在光通讯系统中，本开关可构成使用OTDM(光时分复用)脉码串的分用器的核心部件。在非线性循环反射镜结构中使用一种半导体非线性元件的分用器在运行时比特率可高达10GHz。同样，在光通讯系统领域中，已提议用半导体非线性元件进行时钟恢复。我们的共同未决的国际申请PCT/GB 93/00863公开和请求了在一个锁模激光器系统的腔内包括非线性元件的这种时钟恢复回路。

迄今为止，在使用普通半导体非线性元件的情况下，这种光开关的性能在很大程度上受该半导体光学增益媒质的恢复时间所限制。使用高的偏压高场可使半导体激光媒质的恢复速度达到最快，但即使这样，在某些应用中，例如时钟恢复，仍然不能获得所需要的恢复时间以便在最高数据速率下运行。

发明简介

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种非线性光学相位开关，包括：一个半导体光学增益媒质；一个第一光学输入端，连接于所述半导体光学增益媒质，在使用时，该第一光学输入端接收第一波长(λ₃)的一个信号；一个第二光学输入端，连接于所述半导体光学增益媒质，在使用时，该第二光学输入端接收第二波长(λ₂)的一个控制信号，从而用该控制信号修正半导体光学媒质的折射率，以切换所述第一波长的信号，其特征在于，一个维持光束光学输入端，连接于所述半导体光学增益媒质，使用时，所述维持光束光学输入端接收处于第三波长(λ₁)的光学维持信号，从而激励所述半导体光学增益媒质。

本发明使用第三个光束照在半导体增益媒质上以使该非线性开关元件的恢复时间缩短，并且恢复时间还可直接由通过改变维持光束的强度加以控制。该维持光束通过固定该增益媒质导带中的费米能级的位置，保证该非线性开关元件对该控制信号的响应是相同的，即使在该控制信号本身是不规则的的情况下也是如此。这在时钟恢复应用中的作用尤其显著，这时控制信号是一个数据流，它可能，例如，包括一长串零。

本系统也可运行于波长简开，即维持光束的波长与其它二个波长之一或全部相等。当然，最好使三个波长都不相同。这样可以根据放大器的波长增益特性选择合适的波长，以使器件的性能最佳。这也可让不同的光束用比如WDM耦合器进行分离。

对信号λ₃的波长的选择几乎没有什么限制。它离带隙等效波长越近，相位调制越好；离维持光束越近，幅度调制越好。它还可以比维持光束能量大(即，在有损耗情况下)—这就是最近一种成功地工作在10GHz和20GHz的时钟恢复实验中的情况。另外一种信号波长可能的位置是低于半导体或材料的带隙能量，这时信号是透明的。

该光维持信号可以是一个连续波(cw)信号，或者是一个被定时于跟随该控制信号的脉冲信号(即在时域中处于跟随的位置)。

该开关最好包含一个把半导体激光放大器(SLA)作为其非线性元件的非线性循环反射镜(NOLM)。正如下面所详细讨论的，这样的开关尤其适合用作一种OTDM分用器，还可使用一种TOAD结构[2]。

尽管已证实本发明对NOLM特别有效，它也可使用其它开关结构。例如，半导体光学增益媒质可以被放在MachZehnder(Zender)(马赫·陈德尔)干涉仪的一个臂上。这可以构成一个集成的固态器件。这种结构提供增强了的时间分辨率，因为光开关的响应不再为如在NOLM结构中的通过光循环的传送时间所限制。

作为本发明的实施例的光开关可以用于OTDM分用器中，例如在文章“使用GaInAsP放大器进行40Gbit/s信号处理”，A.D.Ellis，D.M.Spirit Postdeadline Paper，NonlinearGuided-Wave Phehomena，Cambridge，England  Sept.20-22，1993中所描述的。

最好在半导体增益媒质上施加一个较高的电压以使该维持光束在穿过放大器时有足够的增益，或者至少能基本弥补该光束的衰减。最好该维持束有一个较低的发射功率以使它在刚进入增益媒质时不会饱和，并且半导体的偏压能对该维持光束提供净增益。