研究歷史

2002年，比利時根特大學的Zhao 等人利用增益飽和的半導體光放大器SOA對光譜切片波分復(fù)用系統(tǒng)開展RIN 抑制研究，并指出驅(qū)動電流和輸入功率會對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6 GHz[1]。2004 年，英國南安普頓大學的McCoy 等人采用增益飽和的SOA 結(jié)合偏振控制，對1.5μm的DFB光纖激光器的弛豫振蕩峰實現(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，通過優(yōu)化光纖放大器數(shù)，實現(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，法國雷恩第一大學的Danion 等人通過級聯(lián)摻鉺光纖放大器EDFA和半導體光放大器SOA，通過優(yōu)化EDFA 的輸出功率匹配SOA 的最佳RIN 抑制條件，在3 GHz 帶寬下可以同時提供17 dB 光學增益和20 dB 的RIN 抑制幅度[4]。2015 年，華南理工大學通過級聯(lián)兩個SOA，使得單頻光纖激光器的弛豫振蕩峰下降30 dB，抑制帶寬達到50 MHz[5]。2016 年，華南理工大學通過優(yōu)化SOA 的驅(qū)動電流以及進入SOA 激光的功率和偏振態(tài)，同時結(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)達到-150 dB/Hz 的水平，最大RIN 抑制幅度超過55 dB[6]。2017 年，馬來西亞-日本國際理工學院的Putra 等人對EDFA 的噪聲特性進行了理論分析，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 的幅度會降低，而且受上能級粒子壽命影響僅能作用于幾 kHz 以下頻段[7]。2020 年，華南理工大學針對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度噪聲抑制研究，在200 kHz 的有效工作帶寬內(nèi)實現(xiàn)了最大24 dB 的RIN抑制幅度。

基本原理

對于SOA的強度噪聲抑制其工作原理如下圖所示。當SOA的驅(qū)動電流達到一定值時，SOA工作在深度飽和區(qū)時，其放大過程將呈現(xiàn)非線性工作狀態(tài)。此時，小功率輸入信號具有較大的增益，大功率輸入信號有較小的增益，從而降低輸出光的功率波動，實現(xiàn)強度噪聲的有效抑制。

抑制效果

1.對單頻激光器的噪聲抑制

參考文獻[8]采用SOA及光纖光柵濾波器對1550nm單頻激光器實現(xiàn)了較好的噪聲抑制效果。圖2為實驗裝置，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分別對某激光器的相位噪聲進行對比，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，在某些對體積尺寸功耗要求較高的情況下，已可使用SOA進行替代，以便于與其它光子芯片進行集成，同時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試

測試拓撲如下，采用低噪聲驅(qū)動以及窄帶濾波器，實現(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)半導體光放大器SOA基礎(chǔ)知識，助力SOA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。特此告知，本文系經(jīng)過人工翻譯而成，雖本公司盡最大努力保證翻譯準確性，但不排除存在誤差、遺漏或語義解讀導致的不完全準確性，建議讀者閱讀原文或?qū)φ臻喿x，也歡迎指出錯誤，共同進步。

審核編輯 黃宇