半导体光放大器超快非线性效应的数值分析模型

摘要

半导体光放大器由于其高非线性等优点，在全光信号处理领域获得了广泛的研究和应用。但随着对速率要求不断的提高，其载流子恢复时间的相对缓慢造成的显著的码形效应限制了其应用。越来越多的目光投入到SOA的超快速非线性效应上。本文在结合基本理论与数值模型的基础上，对SOA的各种非线性效应进行了深入分析，主要工作可概括为以下几点： 1.综合分析了已经报道的各种关于SOA的理论模型，并对其采用的方法，考虑因素，适用范围进行了比较。综合以上各种模型的优缺点，考虑到本课题组的研究方向，建立了比较完善的SOA的动态模型。该模型结合了体材料SOA的能带结构，考虑了光子密度和载流子浓度沿有源区的非均匀分布、增益谱色散性、群速度色散，重点是加入了在窄脉冲下的各种超快非线性效应包括载流子加热、光谱烧孔和双光子吸收效应等，并对其发生机理和表现形式进行了分析。 2.对建立的关于SOA的基本模型，通过计算机语言进行程序编写，建立了完善的模拟仿真平台。详细介绍了关于SOA建模的各种思路和实现方法，并对模型中存在的难点做了比较详尽的解释。另外介绍了本模型的可扩展性。 3.通过该平台，对SOA在不同注入下的超高速非线性效应的现象和产生机理进行了深入分析，并和已经报道的实验结果进行了比较，验证了本模型的正确性。最后，讨论了色散效应在模型中的影响。