基于QD-SOA-XGM的全光邏輯門研究.pdf

1、光纖通信的迅速發(fā)展得益于光纖傳輸的獨特優(yōu)勢。全光網可以提高光纖傳輸速率，并能夠充分利用光纖的帶寬容量，其中必不可缺的器件是全光波長轉換器和全光邏輯門。量子點半導體光放大器（Quantum-dot Semiconductor Optical Amplifier,QD-SOA）優(yōu)良的非線性特性使其在全光信號處理中得到廣泛關注。
　　本文基于QD-SOA的三維受限理論模型，對求解光場基本傳輸方程和三能級躍遷速率方程使用分段法、牛頓法和四

2、階龍格-庫塔法，并應用交叉增益調制效應(Cross-Gain Modulation,XGM)進行數值模擬仿真，分析了QD-SOA的增益飽和特性。在波長轉換方面討論了基于QD-SOA-XGM的全光波長轉換器轉換過程中的增益恢復時間和轉換效率。本文還應用QD-SOA的XGM效應建立了QD-SOA級聯結構的全光邏輯與門和QD-SOA并聯結構的全光邏輯與非門的仿真模型，并模擬仿真了兩種全光邏輯門的輸出性能。主要內容如下：
　　1.對全光波

3、長轉換器和全光邏輯門的背景、實際應用及國內外研究現狀等做了簡要說明，并概括了基于不同效應的實現方案。
　　2.在利用QD-SOA的光場傳輸方程和載流子速率方程的基礎上，建立分段模型，采用牛頓法和四階龍格-庫塔法解非線性方程，最后模擬仿真了QD-SOA的增益飽和特性，并討論了仿真結果。
　　3.基于QD-SOA-XGM原理實現了全光波長轉換。詳細分析了QD-SOA的XGM全光波長轉換的增益恢復時間（Gain RecoveryT

4、ime,GRT）和轉換效率(Conversion Efficiency)。
　　結果表明：
　　（1）QD-SOA的增益具有快速恢復特性，增益恢復時間達到了ps量級。增大注入電流、減小電子從浸潤層到激發(fā)態(tài)的躍遷時間?W2、減小最大模式增益、減小有源區(qū)寬度、縮短電子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷時間?21都可以減小增益恢復時間，加快QD-SOA的恢復進程。
　?。?）探測光功率、有源區(qū)長度和寬度、最大模式增益的增大，以及泵浦光功率

5、、脈沖寬度和損耗系數的減小均可以導致轉換效率的提高，并且脈沖寬度和最大模式增益是重要影響因素，而轉換效率對注入電流不敏感。
　　4.研究了基于XGM原理下QD-SOA級聯結構的全光邏輯與門。模擬仿真了全光邏輯與門的實現流程，計算結果說明：增大第一級輸入泵浦光的峰值功率、提高第一級QD-SOA的注入電流、增大最大模式增益以及有源區(qū)長度，減小有源區(qū)寬度和損耗系數均可以改善全光邏輯與門的輸出效果。
　　5.研究了基于XGM原理下Q