第28卷第3期2008年9月固体电子学研究与进展RESEARCHPROGRESSOFSSEVol.28,No.3Sep.,2008光电子学线性光放大器的宽带自发辐射噪声分析郑狄潘炜罗斌李茜(西南交通大学信息科学与技术学院,成都,610031)2007-01-15收稿,2007-05-22收改稿摘要:建立含有垂直光场(VCL)的线性光放大器(LOAs)稳态仿真模型,考虑了宽带噪声特性、端面反射和纵向空间烧孔效应。计算了在不同输入信号功率和垂直腔分布布喇格反射器(DBR)反射率下总的输出ASE噪声功率、噪声系数(NF)、前向和后向传输的ASE噪声光子速率和噪声谱分布的变化。结果表明,与传统光放大器(SOAs)相比,在增益非饱和区,LOA有很好的噪声钳制作用,ASE噪声几乎不随信号功率的改变而变化。在增益饱和区,破坏了VCL的钳制作用,NF有所上升,但上升的速率小于SOA。提高DBR反射率,总的输出ASE噪声功率减小,但NF有所增大。关键词:线性光放大器;放大的自发辐射噪声;垂直光场;半导体光放大器:TN929.11文献标识码:A:1000-3819(2008)03-404-06AnalysisofWidebandAmplifiedSpontaneousEmissionNoiseinLinearOpticalAmplifiersZHENGDiPANWeiLUOBinLIXi(SchoolofInformationScienceTechnology,Southwest激aotongUniversity,Chengdu,610031,CHN)Abstract:Asteady-stateLOAsmodelwithvertical-cavitylasers(VCL)isestablished,whichtakeintoaccountthewidebandnoise,thefacetreflectivityandthelongitudinalspatialhole-burning.Totalamplifiedspontaneousemission(ASE)outputpower,thenoisefigure(NF),theforwardandbackwardASEphotonratesandASEspectralatdifferentinputpoweranddistributedBroggreflector(DBR)reflectivityarenumericallysimulated.Resultsindicatethat,comparedwithsemiconductoropticalamplifier(SOAs),LOA’sASEnoiseiswellclampedbeforegainsaturationoccurs,ASEnoisehasalmostsamevaluewhileinputsignalpowerincreased.TheclampeffectofVCLisdestroyedatgainsaturation,NFincreaseswitharatelessthanthatofSOA.ThetotalASEoutputpowerdecreaseswithincreasingDBRreflectivity,butNFincreases.Keywords:linearopticalamplifier(LOAs);amplifiedspontaneousemission;vertical-cavitylasers;semiconductoropticalamplifierEEACC:2560B1引言为了克服传统SOAs用于高速数据处理时的低饱和输入功率限制,一种新型的半导体光放大器[1]——线性光放大器(LOAs)应运而生。LOAs相当于把一个放大器和一个垂直腔面发射激光器(VCSELs)集成在一个InP衬底上,两者共享一个有基金项目:国家自然科学基金资助项目(10174057,90201011);国家重点实验室开放课题资助项目(2002KF);四川省应用基础科学研究048-:3期郑狄等:线性光放大器的宽带自发辐射噪声分析405源区。由于VCSELs在有源区的上下两端拥有高反射率的DBR镜面,在垂直于信号光的传播方向上形成激光振荡,形成的垂直光场(VCL)如同一个平衡器使纵向载流子密度保持不变,实现了增益钳制,因而降低了纵向空间烧孔效应,减小信道间的串扰,可以很好地应用于DWDM系统。噪声是影响光传输系统性能的重要因素,其主要于放大器中的ASE噪声。放大器中的ASE噪声将影响载流子的分布,而载流子的分布直接关系到增益的变化和信号间的串扰,因而对ASE噪声的分析将对LOA的理论研究和器件优化将有所裨益。大多数模型采用了有效自发辐射因子的概念[2-4]增益系数。VCL满足方程:=0g0lnS(z,t)-nth+0phsp(1)[5],把ASE噪声集中在一个波长上,但寄生的ASE噪声存在的波长范围甚至比增益带宽还要宽,因而唯象的因子不能准确地描述噪声的频谱特性和总的噪声功率。文中使用宽带噪声,充分考虑了ASE噪声对载流子损耗或增益饱和的贡献。目前对LOA的噪声研究主要集中于ASE噪声谱的分布和噪声系数随输入信号功率的变化,而对ASE噪声随垂直腔DBR反射率的变化、在不同输入信号功率下,前向和反向传输的ASE噪声沿LOA长度方向上的分布还没有报道。在实验室课题组研究垂直腔面发射激光器和线性光放大器工作的基础上[5-8]图1OA分段模型Fig.1SchematicdiagramofLOAmulti-sectionmodel为自发辐射因子,0为垂直腔的光模限制因子。如果VCSELs的有效腔长和端面反射率分别...