研究歷史

2002年，比利時(shí)根特大學(xué)的Zhao 等人利用增益飽和的半導(dǎo)體光放大器SOA對(duì)光譜切片波分復(fù)用系統(tǒng)開展RIN 抑制研究，并指出驅(qū)動(dòng)電流和輸入功率會(huì)對(duì)RIN 抑制幅度和帶寬產(chǎn)生影響，最大抑制幅度接近18dB，抑制帶寬可達(dá)6 GHz[1]。2004 年，英國(guó)南安普頓大學(xué)的McCoy 等人采用增益飽和的SOA 結(jié)合偏振控制，對(duì)1.5μm的DFB光纖激光器的弛豫振蕩峰實(shí)現(xiàn)30dB的抑制幅度，RIN 峰值降低至-140 dB/Hz 的水平[2]。2013 年，中科院上海光機(jī)所的潘政清等人構(gòu)建了雙向工作的光纖放大器結(jié)構(gòu)連接在單頻光纖激光器后端，通過(guò)優(yōu)化光纖放大器數(shù)，實(shí)現(xiàn)了最大抑制幅度為20 dB 的RIN 控制效果，其有效工作頻段為1Hz~1kHz[3]。2014 年，法國(guó)雷恩第一大學(xué)的Danion 等人通過(guò)級(jí)聯(lián)摻鉺光纖放大器EDFA和半導(dǎo)體光放大器SOA，通過(guò)優(yōu)化EDFA 的輸出功率匹配SOA 的最佳RIN 抑制條件，在3 GHz 帶寬下可以同時(shí)提供17 dB 光學(xué)增益和20 dB 的RIN 抑制幅度[4]。2015 年，華南理工大學(xué)通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)SOA，使得單頻光纖激光器的弛豫振蕩峰下降30 dB，抑制帶寬達(dá)到50 MHz[5]。2016 年，華南理工大學(xué)通過(guò)優(yōu)化SOA 的驅(qū)動(dòng)電流以及進(jìn)入SOA 激光的功率和偏振態(tài)，同時(shí)結(jié)合光電反饋技術(shù)抑制SOA 難以處理的低頻段RIN，在0.8 kHz~50MHz 的寬頻段內(nèi)達(dá)到-150 dB/Hz 的水平，最大RIN 抑制幅度超過(guò)55 dB[6]。2017 年，馬來(lái)西亞-日本國(guó)際理工學(xué)院的Putra 等人對(duì)EDFA 的噪聲特性進(jìn)行了理論分析，引入了用于自發(fā)發(fā)射的離散縱向模和用于定義光子的小段區(qū)域概念，指出在較高輸入光功率下，RIN 的幅度會(huì)降低，而且受上能級(jí)粒子壽命影響僅能作用于幾 kHz 以下頻段[7]。2020 年，華南理工大學(xué)針對(duì)1950 nm 高功率單頻光纖激光器，采用低增益分布的雙向光纖放大器開展了強(qiáng)度噪聲抑制研究，在200 kHz 的有效工作帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)了最大24 dB 的RIN抑制幅度。

基本原理

對(duì)于SOA的強(qiáng)度噪聲抑制其工作原理如下圖所示。當(dāng)SOA的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到一定值時(shí)，SOA工作在深度飽和區(qū)時(shí)，其放大過(guò)程將呈現(xiàn)非線性工作狀態(tài)。此時(shí)，小功率輸入信號(hào)具有較大的增益，大功率輸入信號(hào)有較小的增益，從而降低輸出光的功率波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度噪聲的有效抑制。

抑制效果

1.對(duì)單頻激光器的噪聲抑制

參考文獻(xiàn)[8]采用SOA及光纖光柵濾波器對(duì)1550nm單頻激光器實(shí)現(xiàn)了較好的噪聲抑制效果。圖2為實(shí)驗(yàn)裝置，圖3和圖4為抑制效果。

2. SOA與EDFA 的相位噪聲比較

分別使用SOA和EDFA分別對(duì)某激光器的相位噪聲進(jìn)行對(duì)比，如下圖所示，可以看到SOA與EDFA在相位噪聲上具有幾乎相同的效果，在某些對(duì)體積尺寸功耗要求較高的情況下，已可使用SOA進(jìn)行替代，以便于與其它光子芯片進(jìn)行集成，同時(shí)SOA還可以支持700-1700nm全部波段。

3.某單頻激光器低頻噪聲抑制測(cè)試

測(cè)試拓?fù)淙缦?，采用低噪聲?qū)動(dòng)以及窄帶濾波器，實(shí)現(xiàn)單頻光纖激光器的低頻噪聲抑制。

注：本文由天津見合八方光電科技有限公司挑選并翻譯，旨在推廣和分享相關(guān)半導(dǎo)體光放大器SOA基礎(chǔ)知識(shí)，助力SOA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。特此告知，本文系經(jīng)過(guò)人工翻譯而成，雖本公司盡最大努力保證翻譯準(zhǔn)確性，但不排除存在誤差、遺漏或語(yǔ)義解讀導(dǎo)致的不完全準(zhǔn)確性，建議讀者閱讀原文或?qū)φ臻喿x，也歡迎指出錯(cuò)誤，共同進(jìn)步。

審核編輯 黃宇