基于QD-SOA的全光逻辑门研究

发布时间：2018-10-20 09:00

【摘要】：随着信息时代的发展,光通信技术需要满足超高带宽的要求,全光网络应运而生。在全光网络中,信号在源结点之间的传输都以光信号的形式进行。原有的通信网络系统具有“电子瓶颈”,无法满足现代数字通信所需要的高速操作速率,全光网络克服了节点间光/电/光转换的电子瓶颈,使得全光分组交换网络更加灵活,具有系统可重组和网络资源利用率高的特点,逐渐成为未来通信网络的发展趋势。QD-SOA因为拥有超高速的增益恢复,低阈值电流,低温度灵敏性,小啁啾和小线宽增强因子等优异的非线性特征,对基于QD-SOA实现的全光器件的性能优化有重要意义,因而受到了人们的广泛关注。本文基于QD-SOA的交叉相位调制效应和交叉增益调制效应,采用分段模型对QD-SOA的静态、动态过程进行建模,采用四阶龙格库塔法格式和牛顿迭代法对光场传输方程和速率方程进行求解,由此实现了基于QD-SOA的全光波长转换功能和全光逻辑功能。全文内容如下:1.在波长转换方面,利用MZI结构,实现了XPM效应的波长转换功能,在此基础上,讨论了一种获得转换光信号的较大消光比的方法,并由此确定了所涉及参数的最优范围;实现了XGM效应的波长转换功能,在此基础上,研究了它的误码率特性,实现了对此波长转换器的输出误码方面的优化。结果表明:(1)在基于XPM效应的波长转换器中,干涉仪两臂中的探测光所携带的相位差在满足完全相长干涉或相消干涉的基础上,使上下臂中的QD-SOA的输出探测光功率保持大致相同,此时获得的消光比达到最大。(2)在基于XGM效应的波长转换器中,对于输入泵浦光功率,其数值在-20dBm至-10dBm范围内时,波长转换的误码率达到1410-量级。使最大模式增益增大、有源区长度增大都能够得到较小量级的误码率。在实现波长转换功能的基础上,通过合理调整相关参数的数值,该波长转换器的输出码型准确率较高。2.实现了基于XPM效应利用MZI结构的全光逻辑与门的逻辑功能。将“功率对比度积”用作优化逻辑与门性能的指标。通过讨论输入光功率、MZI结构中产生的时延等关键参数对“功率对比度积”的影响,快速找到了输入光功率和时延的较为合适的工作点,即当输入功率为15dBm,时延为15 ps时,全光逻辑与门的性能较好。3.实现了基于XPM效应利用MZI结构的全光逻辑异或门的逻辑功能。此结构的异或门没有连续光或时钟脉冲的附加输入,用两束光信号的耦合光作为探测光,且探测光在输入时允许有一定的延时。从QD-SOA的固有参数、输入信号光的相关参数和探测光时延三个方面出发,对逻辑门的Q因子特性进行研究。结果表明:增大输入信号光功率的数值,Q因子呈“倒U型”曲线,在信号光功率为10dBm时Q因子达到极值;Q因子随着最大模式增益、线宽增强因子、弛豫时间tW2和脉冲宽度的减小而不断增大;增大注入电流,Q因子增大。另外,可以选择信号光周期的一半作为探测光的时延,这时Q因子处于一个较稳定的状态。适当选取各参数值,可以使Q因子达到最大值12.4175dB,逻辑门输出性能得到优化。4.实现了基于XGM效应利用级联结构的全光逻辑与门的逻辑功能。采用了单端QD-SOA作为级联结构的第一级,改善了第一级的输出特性,无需连接延时干涉仪,结构更加简单且实用性提高。为了改善其输出信号的质量,采用“码型效应”作为标准,分析了相关参数对输出信号码型效应的影响。结果表明:通过增大输入信号光A和信号光B的功率差、增大有源区宽度、提高第一级输出光功率放大倍数和第一级QD-SOA的注入电流,都可以使码型效应降低。通过对相关参数的调整,得到最小码型效应0.0145dB,此时逻辑门的输出码型较好。
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【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

【参考文献】