强超短脉冲抽运下半导体光放大器中的非线性过程

刘茂桐; 杨爱英; 孙雨南

doi:10.7498/aps.58.980

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强超短脉冲抽运下半导体光放大器中的非线性过程

刘茂桐 , 杨爱英 , 孙雨南

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唯象论的经典领域

强超短脉冲抽运下半导体光放大器中的非线性过程

刘茂桐, 杨爱英, 孙雨南

物理学报, 2009, 58(2): 980-988.

doi: 10.7498/aps.58.980

Nonlinear processes in strong ultrashort pulse pumped semiconductor optical amplifier

Liu Mao-Tong, Yang Ai-Ying, Sun Yu-Nan

Acta Phys. Sin., 2009, 58(2): 980-988.

doi: 10.7498/aps.58.980

摘要
建立了包含载流子浓度脉动(CDP)、自由载流子吸收(FCA)、受激辐射(SE)、双光子吸收(TPA)、光谱烧孔(SHB)和超快非线性折射(UNR)过程的半导体光放大器(SOA)理论模型，通过与已报道的实验结果的比较对模型进行了验证，实现了对已有 SOA模型的修正，并对UNR，FCA和TPA效应对强超短光脉冲传输特性的影响进行了分析.当脉宽为几个皮秒的强光脉冲注入工作于透明电流下的SOA时，其强度特性主要受FCA和TPA效应的影响.由于加入了FCA效应，使模型对200fs脉冲强度传输特性的仿真结果与实验结果

关键词:
非线性过程 /

强超短光脉冲 /

SOA理论模型 /

增益透明
Abstract
A theoretical model of semiconductor optical amplifier (SOA) is presented with carrier density pulsation (CDP)，free-carrier absorption (FCA)，stimulated emission (SE)，two-photon absorption (TPA)，spectral hole burning (SHB) and ultrafast nonlinear refraction (UNR) taken into account. The model is proved by comparing with the reported experimental results. The prevailing SOA model is revised. The influences of FCA and TPA processes on ultrashort strong optical pulses are analysed. When the strong optical pulse with several-picosecond pulsewidth is injected into the SOA operating under the transparency current，the intensity characteristics of the optical pulse are mainly influenced by TPA and FCA. As a result of taking the FCA effect into account，the intensity transmission characteristics of 200fs optical pulses obtained by the new model basically agree with the experimental results. It broadens the applicability of the model.

Keywords:
nonlinear process /

strong ultrashort optical pulse /

SOA theoretical model /

gain transparency
作者及机构信息
刘茂桐,

杨爱英,

孙雨南

1.
北京理工大学信息科学技术学院光电工程系，北京 100081

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60777024)和教育部光通信和光波技术重点实验室(北京邮电大学)开放基金资助的课题.
Authors and contacts
Liu Mao-Tong,

Yang Ai-Ying,

Sun Yu-Nan

1.
北京理工大学信息科学技术学院光电工程系，北京 100081
参考文献

施引文献

[1]	余洋, 米增强. 机械弹性储能机组储能过程非线性动力学模型与混沌特性. 物理学报, 2013, 62(3): 038403. doi: 10.7498/aps.62.038403
[2]	王灿华, 章礼富, 傅喜泉, 文双春. 宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6224-6230. doi: 10.7498/aps.59.6224
[3]	戴继慧, 郭旗, 史信荣. 强非局域非线性介质中的涡旋光孤子. 物理学报, 2007, 56(8): 4642-4647. doi: 10.7498/aps.56.4642
[4]	徐帆, 张新亮, 刘德明, 黄德修. 基于单端半导体光放大器的可调谐超短光脉冲源理论与实验研究. 物理学报, 2006, 55(1): 211-216. doi: 10.7498/aps.55.211
[5]	董建绩, 张新亮, 黄德修. SOA动态增益特性的理论和实验研究. 物理学报, 2005, 54(2): 763-767. doi: 10.7498/aps.54.763
[6]	吴建伟, 夏光琼, 吴正茂. 基于半导体光放大器和非线性光纤环镜的光脉冲压缩器的设计模型和理论分析. 物理学报, 2004, 53(4): 1105-1109. doi: 10.7498/aps.53.1105
[7]	陶宗明, 张寅超, 吕勇辉, 胡顺星, 邵石生, 曹开法, 刘小勤, 岳古明, 胡欢陵. Nd:YAG四倍频激光抽运甲烷后的受激拉曼效应及其物理机制分析. 物理学报, 2004, 53(8): 2589-2594. doi: 10.7498/aps.53.2589
[8]	唐华, 郭弘, 刘明伟, 仇云利, 邓冬梅. 超短强激光脉冲在等离子体隧道中传输的理论与数值模拟研究. 物理学报, 2003, 52(9): 2170-2175. doi: 10.7498/aps.52.2170
[9]	牛家胜, 马本堃. 在具有强非线性效应的离子晶体中光脉冲传播的孤立子特性. 物理学报, 2002, 51(12): 2818-2822. doi: 10.7498/aps.51.2818
[10]	韩明, 娄采云, 李玉华, 高以智. 利用色散位移光纤和非平衡色散非线性光纤环境获得10GHz,2ps,无基座超短光脉冲. 物理学报, 2000, 49(4): 751-755. doi: 10.7498/aps.49.751
[11]	屈卫星, 胡素兴, 徐至展. 一维H+2与超短强激光脉冲相互作用的经典理论. 物理学报, 1998, 47(4): 571-576. doi: 10.7498/aps.47.571
[12]	武鹏飞, 汤国庆, 张桂兰, 陈文驹. 光致异构分子动态非线性吸收理论分析. 物理学报, 1996, 45(5): 779-788. doi: 10.7498/aps.45.779
[13]	赵尚弘, 向德全. 光孤子放大过程中的动态增益. 物理学报, 1994, 43(10): 1615-1622. doi: 10.7498/aps.43.1615
[14]	吕振国, 周佐平, 邬起, 李庆行, 余振新. 基于新型非线性耦合腔锁模过程的时域理论分析. 物理学报, 1994, 43(2): 233-238. doi: 10.7498/aps.43.233
[15]	杨光参. q振子光场模型的光与物质相互作用的非线性理论. 物理学报, 1994, 43(4): 521-529. doi: 10.7498/aps.43.521
[16]	孙军强, 黄德修, 李再光. 高斯光脉冲在非线性增益介质中的孤子特性. 物理学报, 1993, 42(4): 575-581. doi: 10.7498/aps.42.575
[17]	韩全生, 朱振和. 超短光脉冲的衍射. 物理学报, 1988, 37(9): 1432-1437. doi: 10.7498/aps.37.1432
[18]	杜功焕. 非线性有限束光声效应理论. 物理学报, 1988, 37(5): 769-775. doi: 10.7498/aps.37.769
[19]	南策文. 非线性ZnO陶瓷的导电理论(Ⅱ)——导电模型的应用. 物理学报, 1986, 35(5): 633-637. doi: 10.7498/aps.35.633
[20]	南策文. 非线性ZnO陶瓷的导电理论(Ⅰ)——导电模型理论. 物理学报, 1986, 35(5): 623-632. doi: 10.7498/aps.35.623

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物理学报. 2009, 58(2): 980-988.

doi: 10.7498/aps.58.980.

强超短脉冲抽运下半导体光放大器中的非线性过程

1. 北京理工大学信息科学技术学院光电工程系，北京 100081

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：60777024)和教育部光通信和光波技术重点实验室(北京邮电大学)开放基金资助的课题.

收稿日期: 2008-04-05
修回日期: 2008-08-21
刊出日期: 2009-01-05

摘要: 建立了包含载流子浓度脉动(CDP)、自由载流子吸收(FCA)、受激辐射(SE)、双光子吸收(TPA)、光谱烧孔(SHB)和超快非线性折射(UNR)过程的半导体光放大器(SOA)理论模型，通过与已报道的实验结果的比较对模型进行了验证，实现了对已有 SOA模型的修正，并对UNR，FCA和TPA效应对强超短光脉冲传输特性的影响进行了分析.当脉宽为几个皮秒的强光脉冲注入工作于透明电流下的SOA时，其强度特性主要受FCA和TPA效应的影响.由于加入了FCA效应，使模型对200fs脉冲强度传输特性的仿真结果与实验结果

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