量子點(diǎn)半導(dǎo)體光放大器的靜態(tài)及波長轉(zhuǎn)換特性.pdf

1、近年來,光通信技術(shù)發(fā)展迅速,其中涉及的光器件大多是半導(dǎo)體光放大器(SOA)的非線性特性的實(shí)際應(yīng)用,如光邏輯門、波長變換器、光放大器等。量子點(diǎn)半導(dǎo)體光放大器(QD-SOA)與體SOA及量子阱SOA相比具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),如寬增益譜、高的飽和輸出功率、快速的增益恢復(fù)、較低的閾值電流、溫度不敏感性、高調(diào)制帶寬等,因此它非常適合下一代高速寬帶全光網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)外研究人員廣泛開展了對QD-SOA的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本論文將理論和仿真計(jì)算相結(jié)

2、合,研究QD-SOA的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性,分析了影響QD-SOA增益的一些因素。同時(shí),研究了QD-SOA的波長轉(zhuǎn)換特性,分析了影響其波長轉(zhuǎn)換特性指標(biāo)—消光比的因素。這些對設(shè)計(jì)QD-SOA都具有指導(dǎo)意義。主要內(nèi)容如下:
　　1.介紹了光通信技術(shù)的構(gòu)成,分析了國內(nèi)外光通信技術(shù)的發(fā)展及趨勢,闡述了光放大技術(shù)對光通信的影響。介紹了量子點(diǎn)材料的基本理論知識(shí),包括量子點(diǎn)的態(tài)密度及其他特性、量子點(diǎn)的生長機(jī)理和制備方法;同時(shí)也介紹了QD-SOA的

3、工作原理、優(yōu)越性及非線性特性。
　　2.分析了求解光場傳輸方程的常用方法—分段方法的不足,嘗試提出了一種效率和精確度更高的方法—細(xì)化分段方法,并通過程序仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。通過細(xì)化分段方法和牛頓法求解速率方程及光場傳輸方程,求得了QD-SOA的增益,并分析了影響其光增益的因素。結(jié)果表明:有源區(qū)長度越長,注入電流密度越大,光增益則越大;而當(dāng)載流子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷時(shí)間越長時(shí),則光增益會(huì)越小。
　　3.分析了光增益下降的原因,即在

4、有源區(qū)內(nèi),隨著輸入光信號(hào)的不斷放大,消耗的載流子數(shù)目增多,而注入的載流子數(shù)目是不變的,因此使得光增益減小。對有源區(qū)分段,根據(jù)每段的輸入光場強(qiáng)度,設(shè)置該段的注入電流,可以減慢光增益的下降。
　　4.建立動(dòng)態(tài)模型,介紹了波長轉(zhuǎn)換的原理,采用細(xì)化分段方法和四階龍格-庫塔法求解電子速率方程和光場傳輸方程,將波長變換前后的波形進(jìn)行對照,討論了影響消光比的因素。結(jié)果表明:有源區(qū)長度越長,泵浦光功率和注入電流密度越大,都會(huì)使消光比變大;而探測光