QD-SOA的动态仿真模型及其在光信号处理中的应用研究

论文摘要

在当前光网络的发展中,现有网络节点的光/电（电/光）转换的局限已经成为进一步扩大带宽的“瓶颈”,光分组交换可以解决这一问题。对光信号进行全光处理成为光分组交换研究中最关键的问题之一。量子点半导体光放大器（QD-SOA）与普通半导体光放大器（Bulk SOA）和量子阱半导体光放大器（QW-SOA）相比,具有低注入电流、低温度灵敏性、低线宽增强因子、高微分增益、高调制带宽、增益恢复时间快等优点,适合应用于全光信号处理。本文主要针对QD-SOA的动态仿真模型、放大特性及其在光分组交换网络中全光信号处理方面的应用进行研究,主要工作内容如下:1.根据QD-SOA的电子跃迁速率方程和光在QD-SOA中传播的光场方程,并采用牛顿法和四阶龙格-库塔法,建立了QD-SOA的动态仿真模型。2.利用建立的动态仿真模型,对QD-SOA的一些放大特性进行了数值仿真研究。包括最大模式增益、有源区的长度、以及基态与激发态的跃迁时间对输出光信号的消光比、脉宽和增益的影响,对影响因素进行了分析,提出了优化QD-SOA设计参数应注意的问题。3.分析了基于QD-SOA交叉增益调制（XGM）的波长转换器中,有源区长度L、基态与激发态之间的跃迁时间、信号光功率对输出光的消光比和脉冲宽度的影响。得出,增加有源区长度L、同时增加基态与激发态之间的跃迁时间、增加输入信号光功率都可以提高输出探测光的消光比、增加脉冲宽度的结论。4.提出了一种基于QD-SOA的XGM全光逻辑或非门方案。对方案的可行性进行了研究,输出的逻辑门没有码型效应,输出的消光比达到11dB,信号光速率可以达到400Gb/s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光分组交换及全光信号处理技术
• 1.2 光逻辑门技术
• 1.2.1 基于干涉原理构成的全光逻辑门
• 1.2.2 基于SOA 中的XGM 效应和XPolM 效应来实现全光逻辑门
• 1.3 波长转换技术
• 1.3.1 基于光调制原理的波长转换器
• 1.3.2 基于光混频原理的波长转换器
• 1.4 量子点半导体光放大器（QD-SOA）的研究状况
• 1.5 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 QD-SOA 动态仿真模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 QD-SOA 的结构和工作原理
• 2.2.1 量子点
• 2.2.2 QD-SOA 的结构
• 2.2.3 QD-SOA 的工作原理
• 2.3 QD-SOA 的增益和模式增益
• 2.3.1 增益
• 2.3.2 模式增益
• 2.4 分段模型的建立
• 2.5 QD-SOA 的仿真计算过程
• 2.5.1 解非线性方程组的牛顿法
• 2.5.2 QD-SOA 的动态计算过程
• 2.6 本章小结
• 第三章 QD-SOA 的放大特性分析
• 3.1 最大模式增益与输出光脉冲脉宽，消光比，增益的关系
• 3.2 基态与激发态之间的跃迁时间对光增益的影响
• 3.3 有源区长度与输出光信号的消光比，增益，脉宽的关系
• 3.4 注入电流对输出光信号的消光比，增益，脉宽的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于QD-SOA 的XGM 的波长转换技术和或非门的研究
• 4.1 基于 QD-SOA 的 XGM 的波长转换器的基本原理
• 4.2 基于QD-SOA 的XGM 波长转换中消光比的研究
• 4.3 仿真实验和分析
• 4.3.1 QD-SOA 的参数对消光比的影响
• 4.3.2 信号光光功率对消光比和脉冲宽度的影响
• 4.4 基于QD-SOA 的XGM 全光逻辑或非门的研究
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 仿真实验与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的研究成果