研究歷史

2002年，比利時根特大學的Zhao 等人利用增益飽和的半導體光放大器SOA對光譜切片波分復用系統開展RIN 抑制研究，并指出驅動電流和輸入功率會對RIN 抑制幅度和帶寬產生影響，最大抑制幅度接近18dB，抑制帶寬可達6 GHz[1]。2004 年，英國南安普頓大學的McCoy 等人采用增益飽和的SOA 結合偏振控制，對1.5μm的DFB光纖激光器的弛豫振蕩峰實現30dB的抑制幅度，RIN 峰值降低至-140 dB/Hz 的水平[2]。2013 年，中科院上海光機所的潘政清等人構建了雙向工作的光纖放大器結構連接在單頻光纖激光器后端，通過優化光纖放大器數，實現了最大抑制幅度為20 dB 的RIN 控制效果，其有效工作頻段為1Hz~1kHz[3]。2014 年，法國雷恩第一大學的Danion 等人通過級聯摻鉺光纖放大器EDFA和半導體光放大器SOA，通過優化EDFA 的輸出功率匹配SOA 的最佳RIN 抑制條件，在3 GHz 帶寬下可以同時提供17 dB 光學增益和20 dB 的RIN 抑制幅度[4]。2015 年，華南理工大學通過級聯兩個SOA，使得單頻光纖激光器的弛豫振蕩峰下降30 dB，抑制帶寬達到50 MHz[5]。2016 年，華南理工大學通過優化SOA 的驅動電流以及進入SOA 激光的功率和偏振態，同時結合光電反饋技術抑制SOA 難以處理的低頻段RIN，在0.8 kHz~50MHz 的寬頻段內達到-150 dB/Hz 的水平，最大RIN 抑制幅度超過55 dB[6]。2017 年，馬來西亞-日本國際理工學院的Putra 等人對EDFA 的噪聲特性進行了理論分析，引入了用于自發發射的離散縱向模和用于定義光子的小段區域概念，指出在較高輸入光功率下，RIN 的幅度會降低，而且受上能級粒子壽命影響僅能作用于幾 kHz 以下頻段[7]。2020 年，華南理工大學針對1950 nm 高功率單頻光纖激光器，采用低增益分布的雙向光纖放大器開展了強度噪聲抑制研究，在200 kHz 的有效工作帶寬內實現了最大24 dB 的RIN抑制幅度。

基本原理

對于SOA的強度噪聲抑制其工作原理如下圖所示。當SOA的驅動電流達到一定值時，SOA工作在深度飽和區時，其放大過程將呈現非線性工作狀態。此時，小功率輸入信號具有較大的增益，大功率輸入信號有較小的增益，從而降低輸出光的功率波動，實現強度噪聲的有效抑制。

抑制效果

1.對單頻激光器的噪聲抑制

參考文獻[8]采用SOA及光纖光柵濾波器對1550nm單頻激光器實現了較好的噪聲抑制效果。圖2為實驗裝置，圖3和圖4為抑制效果。

2. SOA與EDFA 的相位噪聲比較

分別使用SOA和EDFA分別對某激光器的相位噪聲進行對比，如下圖所示，可以看到SOA與EDFA在相位噪聲上具有幾乎相同的效果，在某些對體積尺寸功耗要求較高的情況下，已可使用SOA進行替代，以便于與其它光子芯片進行集成，同時SOA還可以支持700-1700nm全部波段。

3.某單頻激光器低頻噪聲抑制測試

測試拓撲如下，采用低噪聲驅動以及窄帶濾波器，實現單頻光纖激光器的低頻噪聲抑制。

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審核編輯 黃宇