以半导体光放大器为核心的系统仿真软件设计

论文摘要

全光通信网络是高速大容量通信网络发展的必然趋势,半导体光放大器（SOA）是全光网络中的关键单元器件,SOA中的非线性效应可用来实现全光波长转换、光开关、全光逻辑、全光3R再生以及全光解复用。目前已有很多的文献采用数值方法模拟了SOA的非线性效应并给出各种应用分析,但是还没有很好的光通信分析软件能够仿真SOA的这些效应,比如Optiwave的Optisystem中的SOA只是作为通信系统中一个普通的光学放大器。本文首先借鉴多篇文献,考虑光子密度和载流子浓度沿有源区长度方向的分布,增益谱色散,放大自发辐射和端面反射率等因素,用MATLAB设计了一个SOA的高速动态模型,适用于单路速率为10G以下的光信号通过SOA的情况。利用建立的SOA模型,本文利用Visual C++软件开发工具设计了一个以SOA为核心的器件系统仿真软件SOA System Simulator,该软件的界面分为三部分,器件选择栏,绘图区和信息栏。该软件不仅实现了SOA模型,而且加入了很多外围需要的光学器件,比如光耦合器,波分复用器,光信号发生器,光滤波器等,用户可以选择需要的器件在绘图区绘制自己设计的系统,从而分析输出结果是否符合理论的预期。利用该仿真软件,本文还将一些经典的利用SOA的系统,如交叉增益型波长转换器等作为案例进行了测试,测试结果很好的符合了利用MATLAB仿真的结果。利用该系统仿真软件,用户能够在廉价,方便的情况尝试自己的创新想法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光网络的现状和发展趋势
• 1.2 半导体光放大器的应用
• 1.3 开发光纤通信系统仿真软件的意义
• 1.4 本文的工作
• 2 半导体光放大器理论模型
• 2.1 模型考虑的因素
• 2.2 增益系数
• 2.3 基本理论方程
• 2.4 模型算法
• 2.4.1 空间分段和时间分段
• 2.4.2 初始化
• 2.4.3 光的传输和载流子的更新
• 2.5 模拟结果及分析
• 2.6 本章小结
• 3 SOA System Simulator 软件设计分析
• 3.1 软件简介
• 3.2 功能介绍
• 3.3 软件体系结构
• 3.3.1 元件模块
• 3.3.2 仿真模块
• 3.3.3 坐标系统
• 3.4 详细设计分析
• 3.4.1 元件模块设计
• 3.4.2 器件设计思路
• 3.4.3 仿真模块设计
• 3.4.4 设计算法描述
• 3.4.5 坐标系统设计
• 3.5 本章小结
• 4 案例测试和分析
• 4.1 交叉增益调制型波长转换器（双端SOA）
• 4.1.1 系统图
• 4.1.2 测试条件1
• 4.1.3 测试条件2
• 4.2 交叉增益调制型波长转换器（单端SOA）
• 4.2.1 系统图
• 4.2.2 测试条件
• 4.3 交叉相位型波长转换器
• 4.3.1 系统图
• 4.3.2 测试条件
• 4.4 光环行镜
• 4.4.1 系统图
• 4.4.2 测试条件1
• 4.4.3 测试条件2
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 参考文献
• 附录1 模型设计流程图
• 附录2 模拟使用的参数值表
• 附录3 主要类和结构的描述
• 附录4 仿真模块中的类描述
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文目录