基于量子阱FP-SOA的多波长全光时钟恢复及其光子集成器件基础研究

光分组交换网是最具研究价值的下一代全光网。全光时钟恢复是实现光分组交换的关键技术，是实现3R再生、复用/解复用、全光交换、同步等光信号处理的基础，急需对具有单片集成潜力的全光时钟恢复新技术实现重点突破。本项目提出了一种能够从不同波长、不同速率和不同调制格式信号中实现全光时钟恢复的全新方法，即，使用量子阱法布里-珀罗半导体光放大器实现多波长全光时钟恢复。该方案结构简单，稳定性好，调谐方便，无需预放大，多波长操作，能够处理超快信号，对输入数据格式透明，对输入波长漂移容限大，可单片集成。在深入研究量子阱FP-SOA超快非线性增益和折射率变化动力学基础上，从材料、器件和工作条件三方面研究载流子恢复加速，研制世界上最小的时钟恢复器，实现40-160Gb/s一般和封包传统OOK调制格式和DPSK等先进调制格式数据的高质量多波长全光时钟恢复，并探索研究基于InP的量子阱FP-SOA和AWG单片集成。

光分组交换网是最具研究价值的下一代全光网。全光时钟恢复是实现光分组交换的关键技术，是实现3R再生、复用/解复用、全光交换、同步等光信号处理的基础，研究能够单片集成的全光时钟恢复新技术具有重要意义。本项目提出了一种能够从不同波长、不同速率和不同调制格式信号中实现全光时钟恢复的全新方法，即，使用基于多量子阱法布里-珀罗半导体光放大器（MQW FP-SOA）的主动滤波器实现全光时钟恢复。提出方案结构简单，稳定性好，调谐方便，无需预放大，多波长操作，能够处理超快信号，对输入数据格式透明，对输入波长漂移容限大，可单片集成。本项目取得的研究成果如下：（1）在能带计算的基础上，研究了混合应变量子阱结构中线宽加强因子、非线性增益压缩因子等关键性能参数表征和超快非线性过程效率问题。研究表明：提高材料微分增益系数，采用非对称QW-SOA结构，可以显著提高增益恢复速率；阶梯型量子阱SOA的电子散射率取决于载流子库区的势阱参数，具有较大电子跃迁速率的SOA载流子恢复较快。（2）提出并实验研究了从输入的单波长和多波长RZ信号中实现恢复全光时钟的方法，该方法主要基于MQW FP-SOA主动滤波器的类时钟信号产生和非线性偏振旋转（SNPS）的时钟脉冲振幅均衡。（3）实验展示了使用同样的实验装置用于从NRZ和NRZ-DPSK调制格式数据中直接提取时钟，不增加任何额外的器件来进行数据格式转换或预处理。（4）通过数值计算揭示了时钟脉冲振幅均衡度和FP-SOA端面反射率的关系，并使用具有适当端面反射率的单个MQW FP-SOA实现了从输入的单波长和多波长RZ调制格式数据的全光时钟恢复，避免使用SNPS时钟振幅均衡机制。（5）使用面反射率为30%的FP-SOA，从输入的伪随机归零(PRZ)数据和NRZ数据中实现多波长全光时钟恢复，避免使用SNPS机制，该方案也适用于相移键控信号。（6）提出了一个基于光子混频技术的高可调的、高频谱纯度的射频信号产生的新方案，设计制备了InP基量子阱半导体光环形激光器（SRL）光子集成器件，并对制备的器件进行了测试。探索研究了集成光路中SRL、SOA、分布反馈激光器制（DFB-LD）、相位调制器、波导、波导耦合器的制作方法，积累了InP基光子集成的经验。本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容，达到了项目研究目的，取得的研究成果在下一代全光网中有潜在的应用前景。