QD-SOA的超快動(dòng)力學(xué)過程及全光比較器.pdf

1、光分組交換直接在光域?qū)Ω咚賯鬏數(shù)墓夥纸M進(jìn)行交換，避免了在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光/電/光轉(zhuǎn)換以及“電子瓶頸”的限制，是光通信網(wǎng)絡(luò)未來主要發(fā)展方向之一。光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)是高速全光信號(hào)處理。
　　與體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體光放大器和量子阱半導(dǎo)體光放大器相比，量子點(diǎn)半導(dǎo)體光放大器(QD-SOA)具有低溫度靈敏性、低線寬增強(qiáng)因子、高微分增益以及增益恢復(fù)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，適合于高速全光信號(hào)處理。本文建立QD-SOA的多能級(jí)動(dòng)態(tài)物理模型，包括信號(hào)光子數(shù)、導(dǎo)帶和價(jià)帶各

2、能級(jí)載流子數(shù)的速率方程，包括經(jīng)光譜分割后的自發(fā)輻射光子數(shù)速率方程。對(duì)QD-SOA的超快動(dòng)態(tài)特性及基于它的全光比較器進(jìn)行了理論與仿真研究。
　　論文主要研究工作如下:
　　1.利用簡(jiǎn)化的二能級(jí)和三能級(jí)模型，得到了QD-SOA的有源區(qū)長(zhǎng)度、能量效率與飽和功率及輸入功率的關(guān)系。利用多能級(jí)模型和光譜分割方法得到了QD-SOA的自發(fā)輻射特性，隨著外部注入光功率增加，ASE功率降低，顯示了信號(hào)光對(duì)自發(fā)輻射過程的抑制。
　　2.研究

3、了QD-SOA的增益、相位、啁啾等超快動(dòng)態(tài)過程。高速光脈沖經(jīng)過QD-SOA，相位動(dòng)態(tài)過程超過增益動(dòng)態(tài)過程，隨著輸入脈沖峰值功率的增大或者有源區(qū)長(zhǎng)度的增加，相位超前增益更多。同時(shí)，頻率啁啾導(dǎo)致光譜分裂，且隨著輸入脈沖能量增大，紅移量減小，藍(lán)移量增大。
　　3.提出了一種有源區(qū)縱向不均勻的QD-SOA結(jié)構(gòu)，分析了有源區(qū)不均勻?qū)D-SOA增益性能的影響，理論研究表明，平均寬度相同時(shí)，增益特性與有源區(qū)寬度不均勻無關(guān)，僅與高度不均勻有關(guān)。

4、數(shù)值研究了幾種不同高度變化曲線時(shí)的模式增益和光信號(hào)增益，結(jié)果表明，當(dāng)非均勻QD-SOA中基態(tài)電子占用概率方差最小時(shí)，光信號(hào)增益最大。
　　4.分析了基于QD-SOA的馬赫曾德干涉儀(QD-SOA-MZI)的傳輸函數(shù)，仿真實(shí)現(xiàn)了500Gb/s與、非、異或等多種高速全光邏輯運(yùn)算，邏輯輸出信號(hào)Q因子隨注入電流的增大而增大，隨輸入信號(hào)單脈沖能量增大而減小，隨脈沖寬度減小而增大。提出了一種級(jí)聯(lián)QD-SOA-MZI全光8位比較器結(jié)構(gòu)，僅當(dāng)輸入

5、信號(hào)各比特完全相同時(shí)，比較器在最后一個(gè)比特位置輸出光脈沖。
　　5.研究了QD-SOA中四波混頻(FWM)效率的影響因素。增大泵浦光功率，增大QD-SOA有源區(qū)長(zhǎng)度，或者增加注入電流，F(xiàn)WM效率明顯增大，而泵浦光和探測(cè)光的波長(zhǎng)間隔增大會(huì)降低FWM效率，探測(cè)光功率的增大使FWM效率小幅降低。利用QD-SOA中的FWM效應(yīng)同時(shí)在三個(gè)波長(zhǎng)位置實(shí)現(xiàn)了100Gb/s DPSK信號(hào)的“異或”邏輯，仿真實(shí)現(xiàn)了100Gb/s RZ-DQPSK信號(hào)