专利名称：一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法
技术领域：
本发明涉及一种对半导体光放大器有源光纤环中非线性增益进行平衡，以抑制采样结果中非线性误差的后处理方法。
背景技术：
随着光电技术的发展，近年来出现了用于高速脉冲波形检测的光等效时间采样方法。该方法利用光纤、非线性晶体、半导体光放大器、有源波导结构或光纤干涉环等非线性介质，基于等效时间原理对脉冲进行采样。由于采样过程中避免了受传统光示波器中光电变换的带宽限制，所以全光等效时间采样技术的测量带宽可以达到THz以上。根据等效时间采样原理，其测量脉冲必须为周期脉冲或在测试时间内具有稳定周期特性的脉冲，各次脉冲之间的时间间隔一致、波形具有同一性。但是在很多场合被测信号为瞬态波形，或者其重复周期较长、超出了等效时间采样系统的测试窗口 ；另外有一些被测信号各次波形之间性态不稳定、需要单独提取测量。这两种情况下的测量也可视作瞬态光信号测量。如果要将光等效时间采样方法应用于这一领域，就需要对被测信号进行复制，形成符合光等效时间采样要求的周期性信号序列。现阶段利用瞬态波形形成周期性脉冲序列的手段主要有两种，第一种是利用耦合器结合光纤结构形成对瞬态波形的复制，该方法各次信号之间的间隔由光纤长度决定、同时当结构确定后复制脉冲数量难以调整。这使其加工难度较高并且灵活性较差。第二种是基于有源环状结构的复制器在一由光纤及耦合器形成的环状结构中纳入了掺铒光纤放大器或者半导体光放大器作为环内损耗的补偿措施，其输出脉冲序列的间隔由环长度确定。 由于可在环内设置光可调延迟线，且对环长度的加工较为简便，所以其复制的稳定性与可控性都优于耦合器阵列光纤方式。但是采用光纤放大器的有源光纤环无法快速地对复制过程进行高速开关控制，容易引起被测脉冲前后交叠。而半导体光放大器可以实现纳秒级的开关功能，可以高速地对环内复制过程进行切换，并可以提供高度集成化的解决方案。半导体光放大器有源光纤环在进行脉冲复制时，由于其内部载流子的波动，会在放大过程中引入非线性增益。主要体现在有源光纤环输出序列中的波形各部分受到的增益不同、发生形变，这将为后端光等效时间采样引入了误差。为了抑制该非线性增益，可以通过辅助直流光注入加以缓解。但是在部分情况下仍然存在一定程度的波形失真。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决目前使用半导体光放大器有源光纤环脉冲复制器作为光等效时间采样复制前端存在非线性增益的问题的方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法，其特征在于步骤为
步骤1、由半导体激光放大器、环内控制模块、耦合器及合波器组成半导体光放大器有源光纤环，在合波器上连接一辅助直流光激光器，从而在半导体光放大器的一端注入较大幅度的辅助直流光；
步骤2、向半导体光放大器有源光纤环内输入小幅度的测试光并逐渐加大，测得饱和功率与小信号增益，通过对半导体激光放大器的总增益取对数得到积分增益h，通过对饱和功率反除载流子寿命得到饱和能量，通过公式
权利要求
1.一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法，其特征在于步骤为步骤1、由半导体激光放大器、环内控制模块、耦合器及合波器组成半导体光放大器有源光纤环，在合波器上连接一辅助直流光激光器，在半导体光放大器的一端注入较大幅度的辅助直流光，将非线性增益限制在较低程度并降低有源区载流子密度；步骤2、向半导体光放大器有源光纤环内输入小幅度的测试光并逐渐加大，测得饱和功率与小信号增益，通过对半导体激光放大器的总增益取对数得到积分增益h，通过对饱和功率反除载流子寿命得到饱和能量，通过公式 =——[邵㈦―^，计算得到其中为载流子寿命， 为输入脉冲时域包络；步骤3、利用示波器观察半导体光放大器有源光纤环的ASE噪声输出曲线，得到环内噪声与时间相关的线性变化趋势，即噪声/时间曲线斜率，由耦合器输入瞬态脉冲，由环内控制模块对该瞬态脉冲复制N次，由光等效时间采样器件对耦合器的输出进行采样，将采样步进与复制间隔相匹配，根据噪声/时间曲线斜率，按照采样周期时序，取出对应的自发放大噪声基线漂移值，在各次采样结果中减去该值，得到N个采样数据点；步骤4、在N个采样数据点的前后各添加M个归零点，利用积分增益的时变关系^=^^-^1^( )-1],并将步骤2得到的σ r代入同时结合Euler偏微分方程数aT Te Mmg(sL值解法或RK偏微分方程数值解法得到每一个采样数据点对应的积分增益变化量，由积分增益变化量反向递推，即可得到叠加在每一个采样数据点上的非线性增益数值；步骤5、对各采样数据点上的非线性增益数值进行均一化，获得平衡非线性增益后的采用数据。
2.如权利要求1所述的一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法，其特征在于所述步骤4进一步包括在每个采样数据点之后利用插值法填补η个过渡数据点。
3.如权利要求2所述的一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法，其特征在于所述插值法为分段Hermite插值法。
全文摘要
本发明提供了一种半导体光放大器有源光纤环增益误差平衡方法，其特征在于步骤为通过测得饱和功率与小信号增益，获得半导体光放大器对应Agrawal公式的参数。根据噪声/时间曲线斜率，按照采样周期时序，取出对应的自发放大噪声基线漂移值，在各次采样结果中减去该值，得到N个采样数据点，然后，利用空间离散化的Agrawal公式结合数值解法得到叠加在每一个采样数据点上的非线性增益数值，对各采样数据点上的非线性增益数值进行均一化，获得平衡非线性增益后的采用数据。本发明提供的方法结构简单、易于编写，且可以与数据处理单元结合。可较大程度地剔除在结果中存在的非线性增益误差，提高被测信号波形采样数据的精度。
文档编号H01S5/0683GK102394470SQ20111024140
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者杨义, 肖中银, 葛华勇, 许文凯, 韩芳 申请人:东华大学