基于XGM的QD-SOA全光波長轉(zhuǎn)換特性的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)中各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的快速增加，我們已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，如云計算，物聯(lián)網(wǎng)等。下一代通信網(wǎng)的趨勢是一種高效、高速、大容量、智能交換的全光網(wǎng)絡(luò)。波長轉(zhuǎn)換技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，可以提高全光網(wǎng)的波長利用率，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同協(xié)議轉(zhuǎn)換和透明傳輸。一般，量子點(diǎn)半導(dǎo)體光放大器（ quantum-dot semiconductor optical amplifier,QD-SOA）具有優(yōu)異的非線性特性，如閾值電流低、

2、微分增益高、溫度靈敏性低等，被廣泛應(yīng)用。基于 QD-SOA交叉增益調(diào)制效應(yīng)( cross-gain modulation,XGM)的全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)簡單容易，轉(zhuǎn)換效率較高，一直作為研究的重點(diǎn)。但基于雙端耦合QD-SOA的波長轉(zhuǎn)換器制作工藝?yán)щy，自發(fā)輻射噪聲較高，消光比退化嚴(yán)重，因此本文提出了一種基于單端耦合QD-SOA型結(jié)構(gòu)的全光波長轉(zhuǎn)換器。
　　基于QD-SOA-XGM的全光波長轉(zhuǎn)換原理，本文分別介紹了QD-SOA的靜態(tài)和動

3、態(tài)分段模型，首先計算了雙端耦合QD-SOA全光波長轉(zhuǎn)換器的主要特性，如消光比、增益恢復(fù)時間和啁啾。然后計算了單端耦合QD-SOA全光波長轉(zhuǎn)換器變換光的消光比，并對比了雙端耦合方案下的變換光消光比。主要內(nèi)容包括以下幾方面：
　　1、簡述了全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)對全光通信系統(tǒng)的意義以及國內(nèi)外研究概況。提出單端耦合QD-SOA-XGM型結(jié)構(gòu)的全光波長轉(zhuǎn)換器作為研究對象。
　　2、基于QD-SOA基本原理，分別建立靜態(tài)及動態(tài)數(shù)值分析模型。

4、詳細(xì)介紹了Newton法和四階Runge-Kutta法的主要內(nèi)容。重點(diǎn)分析了單端及雙端兩種方案下，QD-SOA有源區(qū)的靜態(tài)特性，包括載流子濃度分布和增益特性。
　　3、以QD-SOA-XGM的全光波長轉(zhuǎn)換原理為基礎(chǔ)，采用Newton法和四階Runge-Kutta法求解速率方程和光場傳輸方程完成了雙端耦合方案下QD-SOA全光波長轉(zhuǎn)換。詳細(xì)分析了雙端耦合 QD-SOA-XGM全光波長轉(zhuǎn)換的基本特性，如增益恢復(fù)時間( gain rec

5、overy time,GRT)、消光比( extinction ratio,ER)和啁啾(Chirp)。（1）對 QD-SOA的GRT進(jìn)行數(shù)值研究。仿真結(jié)果顯示增大注入電流、增大探測光功率、增加有源區(qū)長度、增大輔助光功率、減小橫截面積，都可以縮短 QD-SOA的 GRT。（2）詳細(xì)分析了雙端耦合QD-SOA自身及外部參數(shù)對變換光ER的影響。計算結(jié)果顯示增大注入電流、增大泵浦光功率、增大腔長、減小探測光功率和波長轉(zhuǎn)換間隔均能增大變換光 E

6、R。（3）對雙端耦合QD-SOA的變換光Chirp的影響因素進(jìn)行數(shù)值計算。結(jié)果顯示增加信號脈寬、減小注入電流、泵浦光 ER和線寬增強(qiáng)因子均會減小變換光啁啾值。此外，減小泵浦光功率和增大探測光功率均減小變換光 Chirp，但是輸入信號的波長對 Chirp影響不大。實際應(yīng)用中設(shè)置QD-SOA自身及外部參數(shù)時必須考慮啁啾效應(yīng)的影響，以減小誤碼率。
　　4、單端耦合方案下，分析了 QD-SOA自身及外部參數(shù)對變換光 ER的影響。計算結(jié)果顯