基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的研究

论文摘要

随着密集波分复用和时分复用技术的发展,在网络节点上高速有效的处理海量信号已经成为了一个通信领域非常关键的问题。由于受到电子速度的瓶颈的制约,电子开关在大于100G的网络系统中是无能为力的。由于具备超快的信号处理能力,全光开关越来越受到人们的关注并且成为了热门的研究课题。在本论文中,我们提出了一种新型的基于二维光子晶体波导、量子点半导体光放大器交叉相位调制的对称马赫泽德结构高速全光开关。这种全光开关具备高速的信号处理能力和非常好的光电子集成潜力。本文的主要工作如下:（1）建立了三能级量子点半导体光放大器（QD-SOA, quantum dot semiconductor optical amplifier）模型,包括浸润层、激发态和基态的电子速率方程以及光传输方程,讨论了数值仿真采取的思路和方法;（2）基于三能级的电子速率方程和忽略色散的光传输方程,仿真讨论了QD-SOA的信号输出特性、增益饱和特性、载流子分布及其恢复特性、增益的恢复特性,发现了光模场限制因子越大,QD-SOA越容易达到饱和状态等现象;（3）基于三能级的电子速率方程和忽略色散的光传输方程仿真讨论了基于光子晶体波导马赫泽徳结构全光开关的对比度的影响因素，研究了泵浦光功率、信号光功率、注入电流以及QD-SOA长度对光开关对比度的影响。我们的仿真结果说明利用光子晶体波导对光很好的限制特性,有利于提高光开关的对比度;?（4）提出了基于光子晶体波导马赫泽徳结构全光开关的初步材料选择以及工艺过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 全光开关的研究背景
• 1.2 全光开关的研究现状
• 1.3 光子晶体及光子晶体波导
• 1.4 量子点半导体光放大器
• 1.5 本论文的工作及意义
• 2 基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的概念以及工作原理
• 2.3 理论及模型
• 2.4 模型的求解
• 2.5 本章小结
• 3 基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的仿真及讨论
• 3.1 QD-SOA 的研究
• 3.2 基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的对比度的分析
• 3.3 本章小结
• 4 开关的结构以及制备方案
• 4.1 光子晶体波导的设计
• 4.2 量子点的结构和生长工艺
• 4.3 二维光子晶体波导对称马赫泽徳结构的设计与制作工艺
• 4.4 电极制作
• 4.5 本章小结
• 5 基于光子晶体波导马赫泽德结构全光开关的展望
• 5.1 引言
• 5.2 在光子晶体波导中引入啁啾能带结构产生慢光
• 5.3 在光子晶体波导中引入晶格位移来产生慢光
• 5.4 利用异群速度光子晶体波导降低传输损耗
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献