1 引言
随着光纤通信技术和现代光子技术的发展，人类社会对信息交流的需求呈现级数式的增长，对当前的通信网提出了更高的要求。一方面要求通信链路具有前所未有的传输容量和将来进一步升级和扩容的能力,另外又要求网络节点能够灵活地对高速数据进行处理。传统电的复用与交换技术由于受到电子器件速率的限制已不能满足这一需求,在光领域内对信号进行光的复用和光子交换可避开电子瓶颈,这就使网络全光化成为下一代通信网的主要发展方向,与网络全光化有关的各种光子器件和技术成为当前信息技术领域的研究热点。由于半导体电吸收调制器(EAM)具有体积小、利于集成、良好的光开关特性、低噪声及高非线性吸收率等多种独特优点，以EAM为基础、符合网络全光化发展方向的各种高性能光子器件受到国际光纤通信领域的高度重视，相关研究十分活跃，近年来已取得了很大的进展。
2 电吸收调制器在光子技术中的应用
2.1 基于EAM超短脉冲产生技术
2.1.1 DFB-EAM集成产生短脉冲的结构及原理
基于电吸收调制器的EAL(electro-absorptionmodulator DFB laser)短脉冲光源的基本结构如图1所示。给EAM加上适当的反向直流(DC)偏置和射频(RF)正弦驱动电压，分布反馈(DFB)半导体激光器输出的连续光(CW)经EAM受外加正弦信号的调制,由于EAM的非线性吸收特性,即随着反向偏压的增加,电吸收调制器对光强的吸收以接近于指数的形式增加,使得偏压增大时,只有很小的光功率透过。在DC与RF下即可产生超短脉冲,脉冲重复率等同于正弦调制速率,宽度由EA调制器的吸收特性和外加的反向DC偏置和RF信号的幅度决定,且调制电压通常情况下要低于锯酸理调制器的驱动电压。
2.1.2 EAL的特点
光时分复用(OTDM)系统及光孤子通信系统中，由于传输长度或带宽受光源波长啁啾和光纤色散的限制，要求稳定性高、抖动小、噪声低、啁啾小的高重复频率短脉冲光源。EAM通过采用多量子阱(MQW)结构和应变补偿技术，可获得高速、高调制深度、低啁啾和低驱动电压的EAM,而且它易于与DFB半导体激光器集成，从而降低耦合损耗，形成紧凑、稳定的集成光源模块，成为高速率、长距离光纤传输系统中最有前途的光源之一。
2.1.3 基于EAM超短脉冲产生技术的进展
EAM具有较高的非线性吸收特性,其输出脉冲啁啾相对较小，脉冲宽度在一定范围内可调谐。目前，基于EAM的超短脉冲源早已成功地应用于超高速的OTDM通信系统中,通过采用行波电极和减小电吸收器的结电容和寄生电容等措施,能够有效提高电吸收器的频响.可以产生10～50GHz速率的超短脉冲[1]。而且，DFB激光器与EAM集成方式产生的光脉冲时域波型接近孤子脉冲波型[2]。这一特点使得它特别适于OTDM光孤子传输系统[3]。
此外，用正弦信号驱动MOW EAM直接产生了短至3.6ps的光脉冲[4];基于EAM产生的光脉冲通过色散补偿光纤(DCF)或啁啾光纤光栅可进一步优化脉冲质量,并减小脉冲宽度以利于在OTDM系统中应用。将EAM输出脉冲用各种压缩技术进行压缩,更是得到了短130fs的超短脉冲[5]。基于EAM+脉冲压缩的超短光脉冲源的相关报道也非常多。文献[6]报道了使用EAM和光纤产生超短脉冲的简易且稳定的方法，该文献主要运用光纤及器件的自相位调制(SPM)对EAM产生的脉冲进行压缩，通过使用由一个EDFA、一个WDM滤波器和一个光纤链路所组成的系统,获得了分别对应于1552nm、1549nm波长具有较高功率的1.6ps及2.3ps的脉冲,并且可以通过增加光纤链路将脉冲进一步压缩,获得更短的脉冲源。
2.2 EAM在解复用技术中的应用
在超高速光时分复用(OTDM)系统中,解复用器是实现OTDM传输系统和网络节点中最关键的器件。其功能是从时分复用后的高速码流信号中将较低速率的支路信号提取出来,同时尽可能减小邻近时隙内信号脉冲的影响。其解复用性能的好坏直接影响了接收信号的误码率。与非线性光纤环镜等基于交叉相位调制效应的全光解复用器相比,EAM型解复用器结构紧凑，性能稳定，在电时钟控制下即可完成解复用功能，因此是一种更接近实用化的高速开关器件,在高速的OTDM系统中得到了广泛的应用[7]。
2.2.1 基于EAM解复用器的基本结构及工作原理
基于EAM的解复用器的工作原理类似于短脉冲源的产生原理,不同的是输入的光非连续光,而是OTDM短脉冲序列,并且对输出信号的要求不同。
如图2所示,EA M用作解复用器实质上是一个可用电信号灵活控制的光开关。当已复用的高速OTDM数据流输入至EAM时,EAM在DC偏置和与输入信号同步的RF正弦信号作用下以RF信号的频率作为重复率打开一定宽度的时间窗口,从而解复用某一路具有基本速率的信号。RF信号的工作频率应等于OTDM系统的基本速率。
实际应用中，EAM解复用窗口特性主要由外加反向偏压和正弦调制电压的幅度决定，其二者幅度的相互大小直接决定窗口宽度。消光比，窗口透过率等。这些参数直接影响解复用器本身性能。同时，OTDM信号经过长距离传输后，不可避免地带有一定的抖动成分。因此脉冲的时间抖动会在解复用过程中转化为输出信号的强度变化，从而最终影响到信号接收时的误码率。因此必须同时考虑解复用器本身窗口特性及时钟抖动二者的影响，对EAM的解复用窗口特性进行综合设计以达到最佳解复用窗口，使接收信号的误码率最小。
2.2.2 基于EAM解复用器的研究进展
在高速光时分复用(OTDM)系统中，解复用器是实现OTDM传输系统和网络节点中最关键的器件。EAM凭借自身的优点,在高速的OTDM系统中得到了广泛的应用[7]。通过级联EAM的方式可进一步减小开关窗口,以便在更高速的OTDM系统中实现解复用。在一定的驱动条件下,EAM也可以产生较宽的开关窗口,从而在OTDM网络节点处实现Drop功能，与解复用器共同实现分插复用器(ADM-Add/drop multiplex er)的功能[8],该技术主要使用恢复的电时钟信号作为EAM的驱动源来控制开关窗口实现定时提取;文献[9]中运用基于锁相环的EAM技术,即使用高速率的检测器、微波混频器及电压受控振荡器来恢复电时钟，同样对EAM进行电驱动实现解复用;文献[10]中证实了EAM中的交叉吸收调制技术可以同时实现时钟恢复与解复用,在3.2dB的功率损耗下，对10Gb/s的数据实现了无误码率的光解码：2003年的OFC会议上，报道了基于行波型EAM由160Gh/s的OTDM系统中将10Gb/s的信号解复用[11],和基于光电二极管与EAM集成的无误码的320Gb/s到10Gb/s的解复用的实验研究[12]。目前集成EAM解复用器和Pin是一个发展趋势[7].为OTDM系统的实用化铺平道路。
2.3 EAM在时钟提取技术中的应用
在高速或超高速的光时分复用系统中，无论是点对点还是网络通信,支路时钟信号提取技术是关键技术之一。目前广泛采用的技术是光电锁相环提取时钟的技术，其原理是利用光鉴相器来检测本地光时钟与入射信号光的相位差。利用电锁相环控制产生本地时钟的压控振荡器。其中，鉴相器可以用半导体光放大器中的交叉增益调制技术使本地光时钟与信号光脉冲发生增益调制效应或四波混频效应实现，也可用非线性光纤环镜实现。
电吸收调制器具有稳定性好、体积小、能够产生足够小的开关窗口、偏振不敏感(小于ldB)特性，有利于在实际中应用和进行超高速的OTDM信号的时钟提取，因此可以利用EAM作为光开关构成一个锁相环实现提取时钟，EAM在提取时钟的环路中也可以说是起到光电鉴相器的作用。这种时钟提取原理基本相同。但方法各异。1998年I.D.Phillips等人采用单个EAM工作于双向状态下同时实现了解复用和时钟提取[13]：同年，F.Cistemino等人提出的基于Miller分频器原理的注入光电混合振荡器的时钟提取技术[14],具有实现简单,操作的优点,且其所用器件速率不用超过支路信号速率,适合超高速的光时分复用系统中支路时钟提取[15]：贝尔实验室用此种方法实现了从320Gb/sOTDM系统中提取10GHz时钟信号，其中采取级联EAM方式减小开关窗口以实现高速信号中提取支路时钟信号：2000年,Dennis TK.Tong等人则采用平衡型光电二极管实现锁相环路[16]以避免极性模糊的影响,可以实现从80Gb/s的OTDM系统中提取10GHz的时钟：继而，又通过级联EAM产生更窄的开关窗口.实现了从160Gb/s的信号种提取10GHz的时钟信号[17]：2003年.Ehab S.Awad等人利用EAM中的交叉吸收调制技术及平衡检测器同时实现时钟恢复和解复用[18]。