提出一种可以产生皮秒量级开关窗口的光波导微环谐振器,对其设计与性能进行了分析和研究。采用多环层叠结构来设计微环谐振器的传输特性曲线,利用特性曲线的非线性特征,在正弦电压的作用下改变材料的折射率可获得一个较窄的开关窗口。采用耦合矩阵理论研究了系统的调制特性以及开关窗口特性,分析了开关窗口宽度和消光比与驱动电压的关系。研究结果表明,10 GHz驱动电压情况下,开关窗口宽度、消光比和插入损耗可以分别优于10 ps,40 dB和1 dB。只需要电的控制信号而无需高质量的光控制脉冲,且具有工作速率高、结构简单、消光比高、传输损耗小和工作电压低等特点。

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的开关窗口特性的好坏是评价UNI性能的一个重要指标.文章对单臂结构的UNI的工作原理进行了描述,并用Optisystem 3.0对UNI开关窗口特性进行了仿真模拟,详细分析了延时(、SOA的偏置电流、控制光功率以及连续光功率等因素对UNI开关窗口的影响,从而为实现最佳的开关窗口提供了一个理论指导.

全光非线性开关是全光3R再生的关键技术。在对一种全光开关[超快非线性干涉仪(UNI)]的传输函数进行分析后,得到了超快非线性干涉仪窗口的数学描述。在此基础上通过实验得到了40 Gb/s的全光开关。并结合实验条件,具体分析了影响超快非线性干涉仪开关窗口的几个因素: 增加半导体光放大器(SOA)的注入电流,增大控制脉冲的平均功率和调节连续光功率到最佳值,都能有效地改善输出窗口的形状和消光比,并对这种现象在理论上进行了初步分析。可以利用上述结论指导超快非线性干涉仪实验,从而使超快非线性干涉仪系统得到最大程度的优化。

就超快非线性干涉仪(UNI)的输入光特性对其开关窗口的影响进行了数值模拟和实验研究，输入光包括控制光脉冲和探测光脉冲。在数值模拟中，调节控制光脉冲和探测光脉冲的功率及脉宽，功率越高和脉宽越窄，窗口的形状越好。在调节过程中发现控制光脉冲和探测光脉冲都存在一个最佳的功率点使窗口的形状达到最优。如果继续增大控制光脉冲功率，会使窗口的顶部倾斜，窗口形状恶化；而继续增大探测光脉冲功率，窗口的消光比开始下降。在数值模拟的基础上进行了10 Gb/s的超快非线性干涉仪全光开关实验，在实验中用连续光代替探测光脉冲以观察窗口形状。通过改变控制光脉冲和连续光功率来验证它们对超快非线性干涉仪开关窗口的影响。实验表明，应选用短而强的控制光脉冲和最优功率点的连续光，这与模拟结果吻合。

对影响太赫兹光学非对称解复用器(TOAD)开关窗口的半导体光放大器(SOA)的注入电流和在环路中的偏移量这两个因素进行了数值模拟及实验研究,加大注入电流可以增加SOA的增益,使得开关窗口的高度增加;SOA在环路中的偏移量决定了开关窗口的宽度.由于实验中用连续光代替信号脉冲以观察开关窗口,可以看到随着偏移量的增大,开关窗口的主窗口的宽度先增大,当窗口宽度为控制脉冲周期的一半后,开关窗口的主窗口的宽度又变小.

讨论了半导体光放大器中的带间效应,及载流子热效应、谱烧孔效应、双光子吸收以及超快非线性折射等带内效应对半导体光放大器的动态特性的影响,讨论了两种情况:1)保持控制光波长不变而改变信号光频率,2)保持控制光和信号光频率相同而同时改变它们的频率下半导体光放大器的增益、相位动态特性以及太赫兹光非对称解复用器的开关窗口特性。数值结果表明,为了得到较为平坦而窄的开关窗口,控制光波长应与信号光波长相同,且其与半导体光放大器增益谱中心波长的差值应该大一些。

提出了一个在超短脉冲注入半导体光放大器(SOA)时，在考虑了半导体带间效应以及带内效应，包括载流子热效应、谱烧孔效应、双光子吸收效应以及超快非线性折射效应的自发辐射噪声的计算模型。并利用该模型计算了放大自发辐射(ASE)噪声对太赫兹光非对称解复用器(TOAD)开关性能的影响。数值结果表明，在考虑ASE噪声情况下，TOAD的开关窗口的边沿更陡，在开关窗口的尾部还会出现明显的小峰。结果还表明，在输入为理想孤子脉冲下，即使考虑ASE噪声，在TOAD处于开的状态时，其输出信号的信噪比也大于25dB。