超快非线性干涉仪开关窗口的特性研究

　　引 言

　　超快非线性干涉仪(UNI) 是一种基于半导体光放大器(SOA) 的超高速全光开关器件。UNI 既可用作光时分复用系统(OTDM) 中的解复用器及上下路复用器，也可以作为全光光开关用于全光 3R 再生系统中的判决门以及光逻辑门[1, 2]。作为光开关，UNI 的性能非常出色，其对数据的再生能力达到了 40Gbps 以上[3, 4]，对 OTDM 数据的解复用能力也达到了 160Gbps[5, 6].

　　本文对单臂结构的 UNI 的工作原理进行了描述。因为 UNI 开关窗口特性的好坏直接影响 UNI 的性能，因此，在分析 UNI 传输函数的基础上，运用 Optisystem3.0 对 UNI 开关窗口进行了模拟，分析了不同 SOA偏置电流及内部参数，不同控制光功率以及连续光功率条件对 UNI 开关窗口的影响，为实现最佳的 UNI开关窗口奠定了理论基础。

　　1 UNI 的工作原理

　　单臂结构的超快非线性干涉仪如图1 所示。图中 Polarizer 是起偏器，也可用作检偏器。BRF1 和 BRF2是长度同的双折射光纤，PC 是偏振控制器。耦合器的分光比 50 :50，SOA 是半导体光放大器。数据脉冲经过起偏器进入双折射光纤 BRF1，起偏器方向与BRF1 的快慢轴方向夹角为45°。数据脉冲经BRF1 后被分成偏振方向垂直，时延为τ 的两束偏振光，τ 的表达式为

式中no, ne分别为 BRF 的快慢轴折射率，L 为 BRF 的长度，c 为数据脉冲在 BRF 中的群速度。由上式可知，时延τ 可由 BRF1 的长度控制。

　　然后，数据脉冲经过 50 :50 的耦合器与控制脉冲耦合，注入 SOA。当有控制脉冲在数据脉冲的两个偏振光之间插入时，由于控制脉冲的作用，SOA 的折射率和增益将发生非线性变化，这样会使后一束偏振光的相位倒π，经过 BRF2(BRF2 的快轴与 BRF1 的慢轴平行) 后重新合成一束偏振光，该偏振光的偏振方向与数据脉冲的偏振方向成 90°。由于检偏器的方向与起偏器的方向也成 90°，所以合成光的偏振方向与检偏器方向相同，有数据输出。如果没有控制脉冲的插入，两束偏振光将受到相同的相位调制，经过 BRF2 后将合成与数据脉冲偏振方向相同的偏振光，偏振方向与检偏器方向垂直，故无数据输出。滤波器可在数据输出端将控制脉冲滤除，这样就可以通过有无控制脉冲来实现 UNI 的开关功能，输出窗口由时延τ 决定。偏振控制器(PC)可用来分离输入数据在两个偏振方向的功率，使数据脉冲的偏振方向与起偏器的方向一致;调整两个偏振分量进入 BRF1 的功率分配;调整两段 BRF 的快慢轴方向以及合成脉冲进入检偏器的功率。

　　2 UNI 的传输函数分析

　　3 UNI 输出窗口特性的模拟和分析

　　图2 所示是 Optisystem 3.0 软件模拟的实验结构图。其中，控制光波长为1553nm，频率为 40Gbps，脉冲宽度0.15bit;连续光波长为 1536nm。由于模拟软件中没有双折射光纤和保偏光纤，故用偏振分束器、延时器和偏振合束器代替 BRF。在模拟中采用连“1”码进行分析。