使用SOA进行光相位调制

----翻译自U. Gliese, T.N. Nielsen, B. Mikkelsen and K.E. Stubkjaer等人1991年撰写的文章

PSK 和 QPSK 等高级相位调制在光微波链路中备受关注。要获得这些调制格式，必须使用外部光调制器。遗憾的是，大多数光调制器都存在插入损耗和高功耗的缺点。这些问题在星载系统中尤其重要，例如光束形成网络[1]。最近，各种实验进行了在光通信系统中使用半导体光放大器作为相位调制器的可行性研究[2]-[4]。这些基于半导体光放大器SOA的相位调制器具有高增益和低调制功率的优势。

图 1 描述了获得PSK π相移所需的调制功率的测量值，以及可以很容易得到增加3.5dB可获得QPSK 3π/2相移所需的功率。3dB带宽是由所需调制功率增加3dB时给出的（在600 MHz的位置）。该带宽由载流子寿命决定，这可以通过使用更高的偏置电流来提高，尽管电流加热会阻止带宽大于 1 GHz。然而，应该注意的是，这里介绍的调制器具有足够的带宽，因为微波传输链路所考虑的比特率通常低于500 Mbit/s。预计 600 MHz 的带宽将允许 PSK 调制速度达到约 900 Mbit/s，QPSK 调制速度可以是这个速度的两倍。然而，非线性可能会将 QPSK 调制速度限制在 900-1500 Mbit/s。发现所需的调制功率低至 5 dBm，对应于 Vπ为1.1V。这与具有相同带宽的铌酸锂调制器的预期相当或更好。最后，应该注意的是，测量是在 -7 dBm 的光输入功率、70 mA 的偏置电流对应 10dB的光纤到光纤增益下进行的，因此光输出功率为 3 dBm。

 

 

使用光放大器作为相位调制器的主要缺点是半导体光放大器不可避免地会引入幅度调制。如图 2 所示，幅度调制引入的强度变化非常大，对于 QPSK 调制，预计变化高达5dB，这在实际系统中是不能容忍的。

减少幅度调制的一种新方法是使用双电极放大器，如图3所示。可以通过反相调制两个电极来减小幅度调制。调整调制功率，以便两个部分引入相同幅度调制。因为在两个部分调制中是π相差，这使得幅度调制相消。为了避免相位调制的减少，两个部分每 mA 调制电流的相位响应必须不同。相位和幅度调制之间的比率由所谓的线宽增强因子α [5] 决定，对于固定波长，该因子随电子浓度的增加而增加 [5]。因此，为了获得良好的整体相位响应，放大器两部分的电子浓度必须不同。这可以通过用高功率光输入信号（高于-10dBm）使放大器饱和并降低输出部分的偏置电流来轻松实现。

已使用多截面数值模型来计算双电极半导体放大器中幅度调制引起的强度变化。预测的强度变化如图4 所示，其是反相调制指数的函数，即输入部分的调制电流与输出部分的调制电流之比。可以看出，对于 PSK 调制格式，强度变化可以从 3.5 dB 降低到 0.8 dB（减少 77%）。

结果表明，即使在星载系统中，半导体光放大器也可能是一种有吸引力的相位调制解决方案。此外，在未来系统中半导体光放大器SOA具有光电集成的巨大优势。

 

 

 

参考文献

[1] U. Gliese et al.: In Proceedings of CLEO, 1991, paper CWM5.

[2] J. Mellis et al.: Electronics Letters, vol. 25, no. 10, pp. 679-682, 1989.

[3] G. Groakopf et al.: In Proceedings of IOOC, 1989, paper 21B4-2.

[4] D. Hui Bon Hoa et al.: Journal of Ligthwave Technology, vol. 9, no. 2, pp. 266-270, 1991.

[5] N. Storkfelt et al.: Submitted for publication in Photonics Technology Letters, 1991.

 

注：本文由天津见合八方光电科技有限公司挑选并翻译，旨在推广和分享相关半导体光放大器SOA基础知识，助力SOA技术的发展和应用。特此告知，本文系经过人工翻译而成，虽本公司尽最大努力保证翻译准确性，但不排除存在误差、遗漏或语义解读导致的不完全准确性，建议读者阅读原文或对照阅读，也欢迎指出错误，共同进步。

审核编辑 黄宇