發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 21:30

　　 量子點(diǎn)半導(dǎo)體光放大器(Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,QDSOA)作為高速光信號(hào)處理器件,具有高增益、低噪聲系數(shù)、寬增益帶寬的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)QD-SOA中放大自發(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission,ASE)的特性和應(yīng)用,一方面分析了ASE噪聲的負(fù)面影響,另一方面也利用ASE寬帶特性實(shí)現(xiàn)了多波長轉(zhuǎn)換,主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)QD-SOA器件有源區(qū)的生長機(jī)制和能級(jí)分布,建立了仿真模型,包括增益展寬的計(jì)算和載流子的速率方程。針對(duì)ASE寬譜難以處理的問題,通過光譜分割的方式,建立了包含ASE的光場(chǎng)傳播方程。通過不同初始條件下ASE譜最終收斂的測(cè)試結(jié)果證明了模型的穩(wěn)定性。改變仿真的精度可以獲得了不同分辨率下的ASE譜,據(jù)此提出了非均勻光譜分割的方式來提升仿真的效率。(2)對(duì)QD-SOA光放大過程中ASE噪聲的影響進(jìn)行了研究。分析了不同信號(hào)光功率下ASE譜的分布,驗(yàn)證了QD-SOA的載流子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)的分布特點(diǎn)以及激發(fā)態(tài)作為基態(tài)的“蓄水池”作用。利用ASE譜計(jì)算噪聲系數(shù),作為ASE噪聲對(duì)放大性能的劣化指標(biāo),同等長度下QD-SOA的噪聲系數(shù)顯著低于體材料和量子阱SOA。仿真研究表明,增大信號(hào)光功率、減小有源區(qū)長度、減少端面反射率可以降低噪聲系數(shù)。最后OOK調(diào)制的高斯脈沖序列傳輸?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn)證明了信號(hào)光功率的增加對(duì)ASE噪聲的抑制作用。(3)提出了一種基于ASE光交叉增益調(diào)制(ASE Cross Gain Modulation,ASEXGM)的多波長轉(zhuǎn)換器。該方案無需輔助光且可以實(shí)現(xiàn)寬帶的波長轉(zhuǎn)換。方案中,基于基態(tài)和激發(fā)態(tài)增益飽和的差異,將信號(hào)光波長設(shè)置在基態(tài),被調(diào)制的ASE光波長在激發(fā)態(tài);針對(duì)不同波長處消光比的差異,在激發(fā)態(tài)中心左右各取8路相互間隔1nm的波長,可同時(shí)獲得16路每路消光比不低于12.3dB的轉(zhuǎn)換光。仿真研究表明,矩形脈沖相對(duì)于一階、三階高斯脈沖具有更大的消光比。減小注入電流、增大脈沖功率和脈沖寬度可以提高轉(zhuǎn)換后ASE光的消光比,但也增加了轉(zhuǎn)換后的脈沖寬度。最后初步驗(yàn)證了在OOK信號(hào)序列下,該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)200Gbit/s的高速波長轉(zhuǎn)換。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN722.32
【文章目錄】：
摘要
abstract
縮略詞表
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 QD-SOA理論模型的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 ASE理論模型的研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文主要研究內(nèi)容
第二章 QD-SOA中 ASE仿真模型的研究
    2.1 QD-SOA結(jié)構(gòu)和工作原理
        2.1.1 QD-SOA的結(jié)構(gòu)
        2.1.2 有源區(qū)的生長機(jī)制
        2.1.3 有源區(qū)的能級(jí)
    2.2 仿真模型
        2.2.1 增益的計(jì)算方式
        2.2.2 信號(hào)光和ASE光的傳播方程
        2.2.3 載流子速率方程
    2.3 仿真處理
        2.3.1 離散化處理
        2.3.2 方程的求解
        2.3.3 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真
    2.4 仿真結(jié)果與討論
        2.4.1 有源區(qū)的空間分布
        2.4.2 仿真模型的穩(wěn)定性
        2.4.3 仿真模型的效率
    2.5 本章小結(jié)
第三章 ASE對(duì)QD-SOA放大性能的影響
    3.1 ASE譜的研究
        3.1.1 信號(hào)光功率對(duì)ASE譜的影響
        3.1.2 躍遷時(shí)間對(duì)ASE譜的影響
        3.1.3 反射率對(duì)ASE譜的影響
    3.2 QD-SOA放大性能的研究
        3.2.1 增益和噪聲系數(shù)
        3.2.2 小信號(hào)增益譜
        3.2.3 增益飽和效應(yīng)
    3.3 器件參數(shù)的影響
        3.3.1 有源區(qū)長度的影響
        3.3.2 信號(hào)光功率的影響
        3.3.3 反射率的影響
    3.4 脈沖序列通過QD-SOA的仿真結(jié)果
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于ASE-XGM的多波長轉(zhuǎn)換器的研究
    4.1 ASE-XGM原理和方案
        4.1.1 ASE-XGM的原理
        4.1.2 基于ASE-XGM的多波長轉(zhuǎn)換方案
        4.1.3 多波長轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用
    4.2 單脈沖下的仿真轉(zhuǎn)換效果
        4.2.1 不同調(diào)制方式的影響
        4.2.2 不同波長的影響
        4.2.3 不同脈沖波形的影響
    4.3 工作參數(shù)對(duì)ASE-XGM效果的影響
        4.3.1 注入電流的影響
        4.3.2 脈沖功率的影響
        4.3.3 脈沖寬度的影響
    4.4 脈沖序列下的仿真轉(zhuǎn)換結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 本文總結(jié)
    5.2 未來工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間取得的與學(xué)位論文相關(guān)的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 吳重慶;;半導(dǎo)體光放大器的光-光互作用及其應(yīng)用[J];物理;2007年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張麗梅;QD-SOA的超快動(dòng)力學(xué)過程及全光比較器[D];北京交通大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 尹忠甫;反射型QDSOA的調(diào)制特性及其應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2016年

2 申甦祺;增益飽和QDSOA高通濾波特性及其在光分組交換中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2864534