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半导体光放大器的光-光互作用及其应用


□ 吴重庆

  摘 要 半导体光放大器(SOA)中的非线性系数约为普通光纤的109,为光子晶体光纤的107,而且有4种光-光互作用,即交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)、交叉偏振调制(XSM)及四波混频(FWM),可以灵活地组成各种光信号处理器件,如波长变换器、全光触发器、全光逻辑、全光时钟恢复、全光缓存器……等,正成为整个光信号处理的基础。文章介绍了它们的原理和简单应用。
  关键词 半导体光放大器(SOA),全光信号处理,交叉增益调制(XGM), 交叉相位调制(XPM),交叉偏振调制(XSM), 四波混频(FWM) 
  
  Interaction of two light beams in semiconductor optical amplification
  and applications in all-optical signal processing
  
  
  WU Chong-Qing
  (Beijing Jiaotong University, Optical Information Institute, Beijing 100044, China )
  Abstract In semiconductor optical amplification (SOA) the nonlinearity coefficient is about 109 times greater than that in commercial optical fiber and 107 times that in photonic crystals. There are four interactions involved with two beams of light: cross gain modulation, cross phase modulation, cross state-of-polarization modulation, and four-wave maxing. Thus, SOA can be flexibly incorporated into many kinds of all-optical processing devices, such as wavelength converters, all-optical flip-flop switches, logic devices, clock recovery, buffers, and so forth. Indeed, it is now becoming the cornerstone of optical signal processing. The principle of SOA and its basic applications are reviewed.
  Keywords semiconductor optical amplification, all-optical signal processing, cross gain modulation, cross phase modulation, cross state-of-polarization modulation , four-wave maxing
  
  1 光-光互作用的意义
  
  在信息技术中,信息载体起着关键作用,目前的信息载体主要有电、声和光三种。光作为一种信息载体,具有承载信息量大、传输距离远、无损检测、检测速度快等优点,因此在信息领域获得了广泛应用。自从1960年第一台激光器的出现以来,光信息技术迅速地改变人们的生活与生产活动。光学测量、图像信息检测、光断层扫描(OCT)、光纤传感技术等都是十分成功的光检测技术;光纤通信在通信领域有举足轻重的地位,是目前最快且最有效的信息传输技术;液晶显示器、等离子体显示器(PDP)等平板显示技术异军突起,与传统的表征方法(话音和纸)相比,日益成为最重要的信息表征技术。但是,在信息存储与信息处理方面,光信息技术则显得相对落后。虽然光盘发展很快,但与高速的计算机存储芯片相比,无论是集成度还是计算速度都有很大差距;而光信息的处理则几乎完全依靠电的CPU(中央处理器)芯片,全光智能芯片还只是一种设想, 光计算机更是遥遥无期。其中关键的一环是目前我们不能在光域中对光信号直接进行处理。
  电信号的处理主要依靠模拟电子电路和数字电子电路。自从电子管放大器出现以后,基于电子管放大器的间歇振荡器、多谐振荡器就纷纷出现。此后,随着晶体管放大器的出现,各种电子电路应运而生。后来又出现集成电路放大器,数字信号处理成为现代信号处理的基本技术,此后才诞生了CPU以及计算机。从电子信息技术的发展历程看,放大器的出现和以及数字集成电路是现代电子技术最关键的一步。
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摘自:物理 2007年第08期  
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