QD-SOA中ASE特性与应用研究

发布时间：2020-10-31 21:30

　　 量子点半导体光放大器(Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,QDSOA)作为高速光信号处理器件,具有高增益、低噪声系数、宽增益带宽的优势。本文针对QD-SOA中放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission,ASE)的特性和应用,一方面分析了ASE噪声的负面影响,另一方面也利用ASE宽带特性实现了多波长转换,主要研究内容如下:(1)根据QD-SOA器件有源区的生长机制和能级分布,建立了仿真模型,包括增益展宽的计算和载流子的速率方程。针对ASE宽谱难以处理的问题,通过光谱分割的方式,建立了包含ASE的光场传播方程。通过不同初始条件下ASE谱最终收敛的测试结果证明了模型的稳定性。改变仿真的精度可以获得了不同分辨率下的ASE谱,据此提出了非均匀光谱分割的方式来提升仿真的效率。(2)对QD-SOA光放大过程中ASE噪声的影响进行了研究。分析了不同信号光功率下ASE谱的分布,验证了QD-SOA的载流子在基态和激发态的分布特点以及激发态作为基态的“蓄水池”作用。利用ASE谱计算噪声系数,作为ASE噪声对放大性能的劣化指标,同等长度下QD-SOA的噪声系数显著低于体材料和量子阱SOA。仿真研究表明,增大信号光功率、减小有源区长度、减少端面反射率可以降低噪声系数。最后OOK调制的高斯脉冲序列传输的仿真实验证明了信号光功率的增加对ASE噪声的抑制作用。(3)提出了一种基于ASE光交叉增益调制(ASE Cross Gain Modulation,ASEXGM)的多波长转换器。该方案无需辅助光且可以实现宽带的波长转换。方案中,基于基态和激发态增益饱和的差异,将信号光波长设置在基态,被调制的ASE光波长在激发态;针对不同波长处消光比的差异,在激发态中心左右各取8路相互间隔1nm的波长,可同时获得16路每路消光比不低于12.3dB的转换光。仿真研究表明,矩形脉冲相对于一阶、三阶高斯脉冲具有更大的消光比。减小注入电流、增大脉冲功率和脉冲宽度可以提高转换后ASE光的消光比,但也增加了转换后的脉冲宽度。最后初步验证了在OOK信号序列下,该系统可以实现200Gbit/s的高速波长转换。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN722.32
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 QD-SOA理论模型的研究现状
        1.2.2 ASE理论模型的研究现状
    1.3 本论文主要研究内容
第二章 QD-SOA中 ASE仿真模型的研究
    2.1 QD-SOA结构和工作原理
        2.1.1 QD-SOA的结构
        2.1.2 有源区的生长机制
        2.1.3 有源区的能级
    2.2 仿真模型
        2.2.1 增益的计算方式
        2.2.2 信号光和ASE光的传播方程
        2.2.3 载流子速率方程
    2.3 仿真处理
        2.3.1 离散化处理
        2.3.2 方程的求解
        2.3.3 静态和动态仿真
    2.4 仿真结果与讨论
        2.4.1 有源区的空间分布
        2.4.2 仿真模型的稳定性
        2.4.3 仿真模型的效率
    2.5 本章小结
第三章 ASE对QD-SOA放大性能的影响
    3.1 ASE谱的研究
        3.1.1 信号光功率对ASE谱的影响
        3.1.2 跃迁时间对ASE谱的影响
        3.1.3 反射率对ASE谱的影响
    3.2 QD-SOA放大性能的研究
        3.2.1 增益和噪声系数
        3.2.2 小信号增益谱
        3.2.3 增益饱和效应
    3.3 器件参数的影响
        3.3.1 有源区长度的影响
        3.3.2 信号光功率的影响
        3.3.3 反射率的影响
    3.4 脉冲序列通过QD-SOA的仿真结果
    3.5 本章小结
第四章 基于ASE-XGM的多波长转换器的研究
    4.1 ASE-XGM原理和方案
        4.1.1 ASE-XGM的原理
        4.1.2 基于ASE-XGM的多波长转换方案
        4.1.3 多波长转换器的应用
    4.2 单脉冲下的仿真转换效果
        4.2.1 不同调制方式的影响
        4.2.2 不同波长的影响
        4.2.3 不同脉冲波形的影响
    4.3 工作参数对ASE-XGM效果的影响
        4.3.1 注入电流的影响
        4.3.2 脉冲功率的影响
        4.3.3 脉冲宽度的影响
    4.4 脉冲序列下的仿真转换结果
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
在学期间取得的与学位论文相关的研究成果

【参考文献】

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1 张丽梅;QD-SOA的超快动力学过程及全光比较器[D];北京交通大学;2014年

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1 尹忠甫;反射型QDSOA的调制特性及其应用研究[D];电子科技大学;2016年

2 申甦祺;增益饱和QDSOA高通滤波特性及其在光分组交换中的应用[D];电子科技大学;2015年

本文编号：2864534