專利名稱：一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)中非線性增益進(jìn)行平衡，以抑制采樣結(jié)果中非線性誤差的后處理方法。
背景技術(shù)：
隨著光電技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了用于高速脈沖波形檢測的光等效時(shí)間采樣方法。該方法利用光纖、非線性晶體、半導(dǎo)體光放大器、有源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或光纖干涉環(huán)等非線性介質(zhì)，基于等效時(shí)間原理對(duì)脈沖進(jìn)行采樣。由于采樣過程中避免了受傳統(tǒng)光示波器中光電變換的帶寬限制，所以全光等效時(shí)間采樣技術(shù)的測量帶寬可以達(dá)到THz以上。根據(jù)等效時(shí)間采樣原理，其測量脈沖必須為周期脈沖或在測試時(shí)間內(nèi)具有穩(wěn)定周期特性的脈沖，各次脈沖之間的時(shí)間間隔一致、波形具有同一性。但是在很多場合被測信號(hào)為瞬態(tài)波形，或者其重復(fù)周期較長、超出了等效時(shí)間采樣系統(tǒng)的測試窗口 ；另外有一些被測信號(hào)各次波形之間性態(tài)不穩(wěn)定、需要單獨(dú)提取測量。這兩種情況下的測量也可視作瞬態(tài)光信號(hào)測量。如果要將光等效時(shí)間采樣方法應(yīng)用于這一領(lǐng)域，就需要對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行復(fù)制，形成符合光等效時(shí)間采樣要求的周期性信號(hào)序列?，F(xiàn)階段利用瞬態(tài)波形形成周期性脈沖序列的手段主要有兩種，第一種是利用耦合器結(jié)合光纖結(jié)構(gòu)形成對(duì)瞬態(tài)波形的復(fù)制，該方法各次信號(hào)之間的間隔由光纖長度決定、同時(shí)當(dāng)結(jié)構(gòu)確定后復(fù)制脈沖數(shù)量難以調(diào)整。這使其加工難度較高并且靈活性較差。第二種是基于有源環(huán)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)制器在一由光纖及耦合器形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中納入了摻鉺光纖放大器或者半導(dǎo)體光放大器作為環(huán)內(nèi)損耗的補(bǔ)償措施，其輸出脈沖序列的間隔由環(huán)長度確定。 由于可在環(huán)內(nèi)設(shè)置光可調(diào)延遲線，且對(duì)環(huán)長度的加工較為簡便，所以其復(fù)制的穩(wěn)定性與可控性都優(yōu)于耦合器陣列光纖方式。但是采用光纖放大器的有源光纖環(huán)無法快速地對(duì)復(fù)制過程進(jìn)行高速開關(guān)控制，容易引起被測脈沖前后交疊。而半導(dǎo)體光放大器可以實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的開關(guān)功能，可以高速地對(duì)環(huán)內(nèi)復(fù)制過程進(jìn)行切換，并可以提供高度集成化的解決方案。半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)在進(jìn)行脈沖復(fù)制時(shí)，由于其內(nèi)部載流子的波動(dòng)，會(huì)在放大過程中引入非線性增益。主要體現(xiàn)在有源光纖環(huán)輸出序列中的波形各部分受到的增益不同、發(fā)生形變，這將為后端光等效時(shí)間采樣引入了誤差。為了抑制該非線性增益，可以通過輔助直流光注入加以緩解。但是在部分情況下仍然存在一定程度的波形失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種解決目前使用半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)脈沖復(fù)制器作為光等效時(shí)間采樣復(fù)制前端存在非線性增益的問題的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法，其特征在于步驟為
步驟1、由半導(dǎo)體激光放大器、環(huán)內(nèi)控制模塊、耦合器及合波器組成半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)，在合波器上連接一輔助直流光激光器，從而在半導(dǎo)體光放大器的一端注入較大幅度的輔助直流光；
步驟2、向半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)內(nèi)輸入小幅度的測試光并逐漸加大，測得飽和功率與小信號(hào)增益，通過對(duì)半導(dǎo)體激光放大器的總增益取對(duì)數(shù)得到積分增益h，通過對(duì)飽和功率反除載流子壽命得到飽和能量，通過公式
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法，其特征在于步驟為步驟1、由半導(dǎo)體激光放大器、環(huán)內(nèi)控制模塊、耦合器及合波器組成半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)，在合波器上連接一輔助直流光激光器，在半導(dǎo)體光放大器的一端注入較大幅度的輔助直流光，將非線性增益限制在較低程度并降低有源區(qū)載流子密度；步驟2、向半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)內(nèi)輸入小幅度的測試光并逐漸加大，測得飽和功率與小信號(hào)增益，通過對(duì)半導(dǎo)體激光放大器的總增益取對(duì)數(shù)得到積分增益h，通過對(duì)飽和功率反除載流子壽命得到飽和能量，通過公式 =——[邵㈦―^，計(jì)算得到其中為載流子壽命， 為輸入脈沖時(shí)域包絡(luò)；步驟3、利用示波器觀察半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)的ASE噪聲輸出曲線，得到環(huán)內(nèi)噪聲與時(shí)間相關(guān)的線性變化趨勢(shì)，即噪聲/時(shí)間曲線斜率，由耦合器輸入瞬態(tài)脈沖，由環(huán)內(nèi)控制模塊對(duì)該瞬態(tài)脈沖復(fù)制N次，由光等效時(shí)間采樣器件對(duì)耦合器的輸出進(jìn)行采樣，將采樣步進(jìn)與復(fù)制間隔相匹配，根據(jù)噪聲/時(shí)間曲線斜率，按照采樣周期時(shí)序，取出對(duì)應(yīng)的自發(fā)放大噪聲基線漂移值，在各次采樣結(jié)果中減去該值，得到N個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)；步驟4、在N個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的前后各添加M個(gè)歸零點(diǎn)，利用積分增益的時(shí)變關(guān)系^=^^-^1^( )-1],并將步驟2得到的σ r代入同時(shí)結(jié)合Euler偏微分方程數(shù)aT Te Mmg(sL值解法或RK偏微分方程數(shù)值解法得到每一個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的積分增益變化量，由積分增益變化量反向遞推，即可得到疊加在每一個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)上的非線性增益數(shù)值；步驟5、對(duì)各采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)上的非線性增益數(shù)值進(jìn)行均一化，獲得平衡非線性增益后的采用數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法，其特征在于所述步驟4進(jìn)一步包括在每個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)之后利用插值法填補(bǔ)η個(gè)過渡數(shù)據(jù)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法，其特征在于所述插值法為分段Hermite插值法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體光放大器有源光纖環(huán)增益誤差平衡方法，其特征在于步驟為通過測得飽和功率與小信號(hào)增益，獲得半導(dǎo)體光放大器對(duì)應(yīng)Agrawal公式的參數(shù)。根據(jù)噪聲/時(shí)間曲線斜率，按照采樣周期時(shí)序，取出對(duì)應(yīng)的自發(fā)放大噪聲基線漂移值，在各次采樣結(jié)果中減去該值，得到N個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后，利用空間離散化的Agrawal公式結(jié)合數(shù)值解法得到疊加在每一個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)上的非線性增益數(shù)值，對(duì)各采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)上的非線性增益數(shù)值進(jìn)行均一化，獲得平衡非線性增益后的采用數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的方法結(jié)構(gòu)簡單、易于編寫，且可以與數(shù)據(jù)處理單元結(jié)合?？奢^大程度地剔除在結(jié)果中存在的非線性增益誤差，提高被測信號(hào)波形采樣數(shù)據(jù)的精度。
文檔編號(hào)H01S5/0683GK102394470SQ20111024140
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者楊義, 肖中銀, 葛華勇, 許文凱, 韓芳 申請(qǐng)人:東華大學(xué)