基于交叉增益调制效应的全光逻辑器件研究

发布时间：2021-06-22 00:29

　　全光信号处理在高速光通信网络和光计算中有广泛应用，而全光逻辑门是光信号处理中的关键器件，是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件。半导体光放大器因为具有体积小、工作波长范围宽、响应时间短及良好的非线性特性等优点，十分适合用来实现全光逻辑功能，成为研制高速全光逻辑器件的首选。本文基于SOA中的交叉增益调制效应实现全光半减器这一逻辑功能，并对这种半减器做了深入的理论研究，具体内容如下：（1）介绍了全光逻辑器件的研究背景及其重要意义，较为全面地概述了几类基于SOA中非线性效应的全光逻辑门和国内外研究状况。（2）研究了SOA用于全光信号处理的理论基础，推导了SOA中最基本的光场传输方程和载流子速率方程，分析了各种非线性效应的原理及其应用，总结了迄今为止几种常用的SOA理论模型及其各自的适用范围。（3）介绍了本方案采用的数学模型，分析了SOA的静态增益特性和动态增益特性。（4）提出了基于SOA中XGM效应的全光半减器方案，通过数值模拟的方法进行仿真，分析了输入泵浦光功率、探测光功率和SOA注入电流的变化对输出逻辑“1”峰值光功率的影响。 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同输入光功率下有源区内载流子浓度的分布

南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文 第三章 SOA 分段模型与增益特性分析图 3.4 表示不同输入光功率下有源区内光功率的分布。对比图 3.3 和图 3.4，可以发现当输入光功率较小，如 Pin=-30dBm、-20dBm 和-10dBm 时，半导体光放大器增益饱和不明显，光功率在各个子段被依次放大，变化趋势呈指数分布；当输入光功率增加，如 Pin=0dBm 和10dBm 时，光功率沿+z 方向反而下降，这是因为输入端已经开始饱和，有源区已经无法为输入光提供足够的载流子浓度以产生受激辐射，半导体光放大器处于吸收状态。

图 3.5 同向输入，不同 P1下有源区内载流子浓度的分布对比图 3.3 和图 3.5 可以发现，同向输入时两束光竞争同一空间位置的载流子浓度。图3.3 显示单光束输入的光功率为-30dBm 时有源区载流子浓度基本保持不变；而图 3.5 显示双光束同向输入，P1=-30dBm、P2=-10dBm 时，有源区载流子浓度下降比较明显，这是因为光束 2 的光功率远大于光束 1 的光功率，此时载流子浓度主要由光束 2 决定。而当光束 1 的光功率增大到与光束 2 相当，P1=P2=-10dBm 时，载流子浓度由光束 1 和光束 2 共同决定。光束 1 的光功率继续增加到 P1=10dBm 时，图 3-5 所示双光束输入有源区载流子浓度的分布于图 3.3 所示单光束输入 Pin=10dBm 时载流子浓度分布情况相同，这是因为光束 1 的光功率远大于光束 2 的光功率，此时载流子浓度主要由光束 1 决定。（3）两束连续光相向输入 SOA 的特性研究若两束连续光相向输入半导体光放大器，即光束 1 沿有源区+z 方向传输，而光束 2 沿有源区-z 方向传输时，不改变其他参数，仍固定光束 2 的光功率，2P = 10dBm，改变光束 1的光功率，分别为 P1=-30dBm、-20 dBm、-10 dBm、0 dBm、10 dBm 和 20 dBm。有源区内


本文编号：3241739