半导体/光纤放大器中的慢/快光效应成果

图16-8的吸收介质中，一个强激光束可在吸收曲线中心附近通过吸收饱和效应而诱发一个狭窄的凹陷（烧孔），后者相当于一个狭窄的“增益”尖峰，因此可实现慢光效应。与此相反，在增益介质中，一个强激光束可在增益曲线中心附近通过增益饱和效应而诱发一个狭窄的凹陷，后者相当于一个狭窄的“吸收”尖峰，因此可实现快光效应。

半导体电光器件，既可作为衰减元件又可作为放大元件，因此亦可以用来实现慢光或快光控制。与本章前面已经提到的其他共振介质相比，半导体器件具有一些明显优势，包括尺寸紧凑、可电流控制、较大带宽、易于植入电光回路系统等。但就慢/快光控制而言，半导体电光器件的缺点是光在其内的传播长度相对较短。

最早在半导体可饱和吸收介质内实现慢光效应的实验是Ku等人于2004年报道［54］的。所使用的是工作在10 K下的一种GsAs/AlGaAs量子阱样品，以光强在0.01～1.5 kW/cm2范围可调的钛宝石（Ti：sapphire）激光为强饱和吸收光，而以可调谐二极管激光器输出的光强为1.5 W/cm2的弱激光作为探测光，在不同饱和光束光强水平下测得的吸收凹陷，作为两光束频差函数的曲线如图16-26（a）所示。而在饱和光束光强为1 kW/cm2以及探测光束光强为0.09 kW/cm2情况下，测得的探测光相位和吸收变化，如图16-26（b）所示。相变曲线的斜率实际上决定了群速度，测量到的群速度值为9 600 m/s，而被诱导的吸收凹陷宽度为2 GHz。

图16-26　在不同饱和光光强（I0）下测得的吸收光谱作为探测光失调谐δ的函数（a）（自上而下的I0值分别为0.01，0.05，0.1，0.5，1.5 kW/cm2，探测光强为1.5 W/cm2）以及探测光的相位变化、吸收变化作为失调谐δ的函数（b）（饱和与探测两光束的光强分别为1，0.09 kW/cm2，相位变化曲线的斜率决定了群速度）［54］

另一种类似的慢光实验，是在室温下工作的半导体可饱和吸收体中完成的［55，56］。其中一个例子，使用了一种厚度为100 μm的商用InGaAsP块状电光调制器［55］，以事先经过频率为16.7 GHz的脉冲调制、波长为1 550 nm的激光入射，后者同时起到饱和与探测光的双重作用。图16-27给出了在不同输入光功率水平下（以dBm为单位），透过光脉冲的相位移动和时间延迟，作为样品所施加的反向电压的函数曲线。所观察到的最小群速度约3.1倍低于未产生吸收饱和的样品。

图16-27　在不同输入光功率水平（从底部-2.5 dBm到顶部11.5 dBm）下，测得的16.7 GHz调制光信号的相移和延时作为反向电压的函数曲线［55］

另一方面，一个可饱和的半导体光放大器（SOA）可以用来实现快光传播，其增益行为可以用光或电加以控制［57，58］。其中一个例子，是用一种工作在室温下波导长度为2 mm的InAs/GaAs量子点SOA器件，注入300 mA电流为1 290 nm波长入射强激光提供增益饱和，再以被130 MHz频率调制的弱脉冲激光束反向入射，从而测量后者时间延迟作为两光束之间失调谐的函数，结果清楚地表明了在SOA中由于增益饱和而导致的快光传输效应［57］。(www.xing528.com)

使用SOA器件的另一个优点，是通过改变注入电流的水平而使同一器件既可以表现为一个放大器，也可以为一个光衰减器，从而可实现从快光到慢光功能的电开关控制。在实验上，已经利用SOA器件组合，对它们的注入电流分别独立地加以控制，从而可在不同电注入条件下分别观察到快光或慢光传输效应［59～61］。

与上述相同的物理机制，也适用于其他类型的饱和吸收体与放大器系统，其中包括基于光纤的饱和吸收器与放大器系统。例如Schweinsberg等人，利用一个13 m长度的掺铒光纤（EDF）作为一个光饱和吸收体（不施加泵浦）或一个光放大器（施加泵浦），实验演示了在该光纤内传输时的快光或慢光效应［62］。当以波长为1 550 nm、时宽为3.2 ms、峰值功率为0.8 mW的脉冲光束入射到未经泵浦的EDF样品时，被测得的输入与输出脉冲波形如图16-28（a）所示，显示出由吸收饱和引起的慢光效应。当以波长为980 nm、功率为12 mW的连续激光对同一样品泵浦时，所测得的输入与输出探测光波形如图16-28（b）所示，显示出由增益饱和引起的快光效应。

图16-28　在输入峰值功率为0.8 mW条件下，1550 nm和3.2ms的脉冲激光通过一个未经泵浦的13 m长掺铒光纤样品时测得的输入与输出波形，显示出慢光效应（a）；在用功率为12 mW的980 nm连续激光对光纤样品进行泵浦条件下，测得的输入与输出探测光脉冲波形，显示出快光效应（b）［62］

有关在EDF吸收/放大器系统中实现快光与慢光的进一步详尽研究，亦可参见文献［63～65］。