量子点半导体光放大器在光信息处理中的应用研究

摘要

由于光通信系统的发展，基于半导体光放大器(SOA)的非线性效应的全光信息处理(如3R再生，光功率均衡等)有着广泛的应用前景。但受限于载流子恢复时间，SOA的增益和相位恢复时间都很长，在现在越来越追求高速的光信息传输系统中，体现出处理速度的问题。出于减小载流子恢复时间的考虑，一种基于量子点结构的新型半导体光放大器( QD-SOA)便应运而生。 本文在建立QD-SOA数值模型的基础上，分别提出了基于QD-SOA-MZI结构和四波混频非线性效应的光信息处理方面的应用。具体工作内容如下： (1)建立了QD-SOA数学模型，并分别采用分段模型、牛顿法和4阶龙格-库塔法来处理仿真模型。通过调节输入光和载流子浓度变化来研究QD-SOA的增益饱和特性与输入光功率、载流子浓度的关系。 (2)推导出QD-SOA-MZI输出光功率与输入光功率的关系，通过合理设置工作点如初始相位值等，实现了基于QD-SOA-MZI的光硬限幅器和光功率均衡器，分析不同注入电流，载流子跃迁时间和脉冲宽度对其输出性能的影响。实现了基于QD-SOA-MZI的NRZ码到RZ码的码型转换器，并对其输入时钟信号的脉冲宽度和功率对输出信号的影响进行了研究。 (3)通过合理的假设，简化了原始的QD-SOA四波混频数值模型。在数值仿真时，研究了输入探测光、泵浦光功率和频率失谐量对四波混频转换效率的影响。以泵浦光为采样信号，探测光为被采样信号实现了基于QD-SOA四波混频的光采样，研究了泵浦光功率、探测光功率和频率失谐量对采样信号的影响。

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论文说明：图表目录、缩略字表

声明

第一章绪论

1.1全光信息处理的研究背景

1.2 SOA的非线性效应的研究概况

1.2.1交叉增益调制

1.2.2交叉相位调制

1.2.3交叉偏振调制

1.2.4四波混频

1.3半导体量子点的量子尺寸效应

1.4本文的主要研究内容

第二章QD-SOA理论模型

2.1 QD-SOA的结构与理论模型

2.2 QD-SOA的增益饱和特性

2.3小结

第三章QD-SOA-MZI结构及其在光信息处理中的应用

3.1 QD-SOA-MZI结构的数值模型

3.2基于QD-SOA-MZI结构的光硬限幅器

3.3基于QD-SOA-MZI结构的光功率均衡器

3.4基于QD-SOA-MZI结构的NRZ码到RZ码的码型转换

3.5小结

第四章QD-SOA四波混频的研究及应用

4.1四波混频

4.1.1 QD-SOA中四波混频的数值模型及简化

4.1.2不同参数对QD-SOA的四波混频性能的影响

4.2基于QD-SOA的四波混频原理的光采样

4.2.1光采样的工作原理

4.2.2基于QD-SOA的四波混频原理的光采样性能分析

4.3小结

第五章全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果