半導體光放大器超快動力學過程的研究.pdf

1、隨著視頻流媒體等新業(yè)務的不斷涌現(xiàn),對網絡帶寬的需求以超摩爾定律的速度迅速增長,基于超大容量高速光傳輸和光交換的全光網絡已經成為下一代通信骨干網的發(fā)展趨勢。隨著傳輸鏈路速率的提升,在高速、低成本、低功耗全光器件的研究上實現(xiàn)突破成為了推動全光網絡研究進程的關鍵一環(huán)。近幾年來,由于具有非線性強、體積小、易集成等一些獨特的優(yōu)勢,半導體光放大器(SOA)作為全光信號處理的重要功能部件之一,成為光學領域和通信領域的研究熱點。本論文在國家973項目“

2、面向光路交換網絡的光器件理論與關鍵技術研究”支持下,針對超高速率和超大容量全光網絡對高速全光信號處理器件的應用需求,對SOA中的超快增益動態(tài)特性、超快相位動態(tài)特性和超快啁啾動態(tài)特性進行了深入的理論研究,獲得的主要創(chuàng)新成果如下:
　　 1.提出了一個寬帶SOA超快動力學模型,并采用已有實驗文獻報道進行了驗證。與目前已有SOA超快模型相比,該模型積分容易收斂、不依賴于常數(shù)線寬增強因子和增益壓縮因子,尤其適用于大信號分析和泵浦波長與探

3、測波長間隔很大的寬帶情形。在此理論模型的基礎上,采用標準C++開發(fā)了一個面向對象的數(shù)值模擬軟件庫,首次在軟件功能上將傳統(tǒng)SOA、縱向激光增益鉗制SOA和垂直激光增益鉗制SOA的數(shù)值模擬過程統(tǒng)一起來。
　　 2.系統(tǒng)地研究了單個亞皮秒光脈沖激勵下寬帶情形SOA中的超快動態(tài)特性,首次發(fā)現(xiàn)了超快增益和相位動力學的波長依賴性。在1450—1650 nm的波長范圍中,波長越短,載流子加熱效應引起的增益變化越大、相位變化越小；波長越接近泵浦

4、光波長,光譜燒孔效應引起的增益變化越大、相位變化越??；而雙光子效應無明顯波長依賴性。在長波段,增益恢復時間短且動態(tài)范圍大、相位動態(tài)范圍小,易于高速交叉增益調制應用；在短波段,相位恢復時間短且動態(tài)范圍大、增益動態(tài)范圍小,利于高速交叉相位調制應用。
　　 3.與皮秒光脈沖激勵的情形不同,當考慮了光譜燒孔和雙光子吸收效應的影響后,亞皮秒光脈沖激勵下的SOA中的啁啾動力學過程包含中間的紅移部分和兩側的藍移部分,并呈現(xiàn)較強的波長依賴性。該

5、結果表明,對于在皮秒光脈沖激勵下基于瞬態(tài)交叉相位調制與失諧濾波器組合改善交叉增益調制碼型效應的方案,在亞皮秒光脈沖激勵的應用中將不再適用。
　　 4.提出了一種基于Mach-Zehnder干涉儀和體材料SOA中交叉增益調制的高速全光邏輯異或門。該方案通過采用帶內直流光和較長的SOA改善了長載流子壽命引起的碼型效應,可以實現(xiàn)直至Tb/s的工作速率。通過數(shù)值模擬驗證和評估了基于該方案的250 Gb/s、500 Gb/s和1Tb/s的