激光技术通过产生强大的相干光束，彻底改变了多个领域。其应用范围涵盖电信、材料加工、科学研究和医疗领域。每个激光系统的核心都是光腔，这是一种通过受激发射来放大光的共振结构。随着时间的推移，人们开发出了各种不同的腔体配置，每种配置都针对特定应用提供了独特的优势，从而提升了激光器的整体性能。
线性腔体[1]由两面平行镜组成，是最基本且应用最广泛的激光腔体配置之一。它提供了简单的共振路径，确保了易于对准和稳定的单模操作，非常适合需要高稳定性的应用，如科学研究和精密测量系统。
X形腔体由两组呈X形排列的镜子组成[1]。这种设计延长了光路长度，增强了增益，特别适用于高功率和高增益激光系统。X形腔体广泛应用于现代固态和光纤激光器中，特别是在工业材料加工和定向能量系统等领域。
V形腔体由三面呈V形排列的镜子组成，以其促进模式锁定和产生超快脉冲的能力而著称。这种设计常用于飞秒和皮秒激光器，能够产生极短的激光脉冲，对于精密光谱学、显微镜和生物医学成像应用至关重要[1]。
环形腔体因其闭合环路共振结构而广泛应用于集成光子学和微腔激光系统中[1]。在这种配置下，光沿圆形路径传播，实现了有效的模式控制和紧凑的设计。环形腔体配置被用于多种应用，包括电信、光信号处理和片上激光系统[2]。
光纤激光器是利用光纤实现动态增益的固态照明系统[3]。这类激光器具有四个关键特性：激光源、激光模式、操作方式和激光功率。它们具有许多优点，包括高效的增益介质、包含光纤布拉格光栅的反馈系统以及坚固的光子腔体。光纤激光器广泛应用于激光切割、焊接、蚀刻、精密清洗[4]、[5]、[6]、[7]、光谱学、能量产生、医疗保健、电信和军事应用等领域。
光纤激光器具有高灵敏度、远程感应能力、多路复用能力和紧凑尺寸等显著优势。然而，与传统激光技术相比，它们的成本可能更高。其增益介质是由掺杂了稀土元素的光纤构成的，这提升了效率和性能。
无论是基于线性、V形、X形还是环形腔体的自由空间激光器的最佳设计，都需要仔细选择非线性晶体、泵浦源和光学参量振荡器（OPOs）[1]、[8]、[9]。OPOs对于产生相干和可调光至关重要，是自由空间激光系统中的关键组件。在常见的腔体配置中，线性、V形和X形腔体作为驻波共振器工作，而环形腔体作为行波共振器工作。这些不同配置满足了不同的操作和性能要求[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。
半导体光放大器（SOAs）由于其高效的光信号放大能力和紧凑的体积，已成为光纤激光器的关键组件，非常适合集成到光纤激光腔中。当SOAs被纳入激光共振器时，它们提供了可调性、紧凑性和超快脉冲生成的潜力。此外，SOA-马赫-曾德尔干涉仪（SOA-MZI）配置为光纤激光腔设计提供了一种创新方法，结合了SOAs的放大能力和MZI的干涉效应。这种集成实现了对激光发射的精确控制和调制，为先进激光性能开辟了新的可能性。
最近关于光纤腔激光器的研究探索了多种配置，其中环形腔体设计在无源光网络（PON）中的应用受到了广泛关注[16]。在现有的共振腔体设计中，环形腔体因其多功能性而在各种应用中尤为突出，包括探测器[17]、[18]。当前的研究集中在集成有SOAs的光纤环形激光器上，强调了它们在安全性、可调性、传感和波长操控方面的优势[19]、[20]、[21]、[22]。这些研究为基于SOA的光纤环形激光器提升系统性能提供了宝贵的见解。
最近在混合SOA-MZI架构方面的进展展示了它们在高容量光接入和城域网中的巨大潜力。特别是，SOA辅助的干涉仪发射器和基于反射SOA的腔体激光器在波分复用无源光网络（WDM-PON）和无色光网络单元（ONU）实现中得到了广泛研究，这得益于它们的增益可调性和集成灵活性[[23]、[24]]。
关于先进调制格式和基于SOA-MZI的信号处理方案的实验演示展示了使用M-QAM格式和电光混频技术的高容量传输性能[[25]、[26]、[27]]，包括太赫兹级别的上转换架构[28]和同时多SOA-MZI传输系统[25]。此外，最近的研究还探讨了用于高比特率光处理的高速SOA-MZI逻辑实现[29]、[30]。此外，结合SOA-MZI配置的窄线宽光纤腔激光器也被用于对光谱纯度和相位稳定性要求严格的光学传输系统[31]。同时，带宽超过500 GHz的集成光子马赫-曾德尔调制器显著提高了下一代太比特光网络中高速SOA辅助发射器的可行性[32]、[33]。
尽管取得了这些重要进展，但在超高速调制格式（如1024-QAM）和每秒太比特数据速率下，对不同光纤腔几何形状与SOA-MZI结构集成效果的系统比较研究仍然有限。特别是，腔体拓扑对误差矢量幅度（EVM）、比特错误率（BER）、调制带宽和激光线宽的影响尚未进行全面分析。本文通过在不同超高速传输条件下实验评估和比较线性、X形、V形和环形FCL-SOA-MZI架构，填补了这一空白。
本文探讨了四种光纤腔激光器（FCL）的设计，重点关注四种关键配置：线性FCL（LFCL）、X形FCL（XFCL）、V形FCL（VFCL）和环形FCL（RFCL）。每种配置与SOA-MZI技术结合使用时，都能为不同应用提供独特的优势，从高功率工业激光器到紧凑高效的光子电路激光源。在这些设计中，光在光纤中双向传播。值得注意的是，RFCL-SOA-MZI设计在降低激光噪声和提升稳定性方面表现优异，优于其他腔体结构，如LFCL-SOA-MZI、XFCL-SOA-MZI和VFCL-SOA-MZI。这些系统的性能通过EVM、最高3 Tbit/s的比特率、300 GHz的调制带宽和10 kHz的线宽等指标进行了评估。
