集成雙波導(dǎo)SOA和可擴(kuò)展型有源光開關(guān)矩陣的研究.pdf

1、由于半導(dǎo)體光放大器（SOA,Semiconductor Optical Amplifier）的體積小，可以用電流泵浦并有光集成的前景，因此人們對(duì)SOA的研究相當(dāng)重視。要實(shí)現(xiàn)SOA與其它器件的單片集成，器件間必需高效地互相耦合，并且制造成本低，這對(duì)于常用的單波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的SOA來說是很難做到的。集成雙波導(dǎo)半導(dǎo)體光放大器（ITG-SOA，IntegratedTwin-Guide SOA）將光的放大與光的輸入-輸出功能相互分開，分別由不同的“部件

2、”完成，這種結(jié)構(gòu)非常適合于各種器件之間的相互耦合，且制造成本相對(duì)低廉。ITG-SOA的結(jié)構(gòu)形式將是構(gòu)建未來光子集成回路（PIC）的重要理念之一。基于ITG-SOA的光開關(guān)（ITG-SOA-Switch）矩陣融合了多種光開關(guān)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備高的開關(guān)消光比、高的開關(guān)速度（納秒量級(jí)）、好的端口可擴(kuò)展能力以及具有增益、低的路徑相關(guān)損耗的特性，而且便于和其它器件相互集成，因此極有可能成為下一代光包交換網(wǎng)絡(luò)的核心器件。ITG-SOA和ITG-S

3、OA-Switch相對(duì)于SOA在結(jié)構(gòu)上的變化，帶來了器件特性許多新的特點(diǎn)。本文圍繞ITG-SOA和ITG-SOA-Switch的材料特性、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作特性以及關(guān)鍵參數(shù)的測量進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。具體內(nèi)容如下： （1）介紹了單片光子集成技術(shù)的特點(diǎn)，概述了典型的單片光子集成技術(shù)，回顧了可擴(kuò)展型有源光開關(guān)矩陣的各類和研究狀況。 （2）對(duì)InGaAsP/InP材料的折射率和吸收特性進(jìn)行了分析。詳細(xì)討論了3種載流子效應(yīng)，即能帶填

4、充效應(yīng)，帶隙收縮效應(yīng)和帶內(nèi)自由載流子吸收（即等離子體效應(yīng)） 對(duì)InGaAsP/InP材料折射率變化的影響及其與載流子注入水平和摻雜濃度、類型的關(guān)系。 （3）運(yùn)用ITG-SOA光場傳輸方程對(duì)ITG-SOA在相位匹配和失配條件下的基本特性進(jìn)行了討論。建立了ITG-SOA的數(shù)值模型，采用與SOA相關(guān)性能相比較的方式，詳細(xì)地分析了ITG-SOA小信號(hào)放大時(shí)的縱向特性、增益譜特性及其靜態(tài)增益飽和特性，并結(jié)合ITG-SOA在增益譜特

5、性和靜態(tài)增益飽和特性上的特點(diǎn)就其應(yīng)用前景進(jìn)行了討論。 （4）分析了可擴(kuò)展型有源光開關(guān)矩陣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程，說明了ITG-SOA和ITG-SOA-Switch之間的內(nèi)在聯(lián)系。研究了ITG-SOA-Switch的開關(guān)速度、開關(guān)消光比、導(dǎo)通放大時(shí)的動(dòng)態(tài)特性、增益飽和特性上的新特點(diǎn)及其應(yīng)用在波長轉(zhuǎn)換上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 分析結(jié)果和SOA的有關(guān)特性進(jìn)行了比較，并與文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)照。 （5）實(shí)驗(yàn)上，利用放大的自發(fā)輻射