半導(dǎo)體光放大器超快動(dòng)力學(xué)過程的研究.pdf

1、隨著視頻流媒體等新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn),對網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為下一代通信骨干網(wǎng)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(shí)現(xiàn)突破成為了推動(dòng)全光網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)程的關(guān)鍵一環(huán)。近幾年來,由于具有非線性強(qiáng)、體積小、易集成等一些獨(dú)特的優(yōu)勢,半導(dǎo)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(xué)領(lǐng)域和通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文在國家973項(xiàng)目“

2、面向光路交換網(wǎng)絡(luò)的光器件理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下,針對超高速率和超大容量全光網(wǎng)絡(luò)對高速全光信號處理器件的應(yīng)用需求,對SOA中的超快增益動(dòng)態(tài)特性、超快相位動(dòng)態(tài)特性和超快啁啾動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入的理論研究,獲得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:
　　 1.提出了一個(gè)寬帶SOA超快動(dòng)力學(xué)模型,并采用已有實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行了驗(yàn)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(qiáng)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(chǔ)上,采用標(biāo)準(zhǔn)C++開發(fā)了一個(gè)面向?qū)ο蟮臄?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(gè)亞皮秒光脈沖激勵(lì)下寬帶情形SOA中的超快動(dòng)態(tài)特性,首次發(fā)現(xiàn)了超快增益和相位動(dòng)力學(xué)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(yīng)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(yīng)引起的增益變化越大、相位變化越??；而雙光子效應(yīng)無明顯波長依賴性。在長波段,增益恢復(fù)時(shí)間短且動(dòng)態(tài)范圍大、相位動(dòng)態(tài)范圍小,易于高速交叉增益調(diào)制應(yīng)用；在短波段,相位恢復(fù)時(shí)間短且動(dòng)態(tài)范圍大、增益動(dòng)態(tài)范圍小,利于高速交叉相位調(diào)制應(yīng)用。
　　 3.與皮秒光脈沖激勵(lì)的情形不同,當(dāng)考慮了光譜燒孔和雙光子吸收效應(yīng)的影響后,亞皮秒光脈沖激勵(lì)下的SOA中的啁啾動(dòng)力學(xué)過程包含中間的紅移部分和兩側(cè)的藍(lán)移部分,并呈現(xiàn)較強(qiáng)的波長依賴性。該

5、結(jié)果表明,對于在皮秒光脈沖激勵(lì)下基于瞬態(tài)交叉相位調(diào)制與失諧濾波器組合改善交叉增益調(diào)制碼型效應(yīng)的方案,在亞皮秒光脈沖激勵(lì)的應(yīng)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(diào)制的高速全光邏輯異或門。該方案通過采用帶內(nèi)直流光和較長的SOA改善了長載流子壽命引起的碼型效應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)直至Tb/s的工作速率。通過數(shù)值模擬驗(yàn)證和評估了基于該方案的250 Gb/s、500 Gb/s和1Tb/s的