基于QD-SOA-XGM的全光邏輯門(mén)研究.pdf

1、光纖通信的迅速發(fā)展得益于光纖傳輸?shù)莫?dú)特優(yōu)勢(shì)。全光網(wǎng)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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和全光邏輯門(mén)。量子點(diǎn)半導(dǎo)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(hào)處理中得到廣泛關(guān)注。
　　本文基于QD-SOA的三維受限理論模型，對(duì)求解光場(chǎng)基本傳輸方程和三能級(jí)躍遷速率方程使用分段法、牛頓法和四

2、階龍格-庫(kù)塔法，并應(yīng)用交叉增益調(diào)制效應(yīng)(Cross-Gain Modulation,XGM)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，分析了QD-SOA的增益飽和特性。在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方面討論了基于QD-SOA-XGM的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過(guò)程中的增益恢復(fù)時(shí)間和轉(zhuǎn)換效率。本文還應(yīng)用QD-SOA的XGM效應(yīng)建立了QD-SOA級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的全光邏輯與門(mén)和QD-SOA并聯(lián)結(jié)構(gòu)的全光邏輯與非門(mén)的仿真模型，并模擬仿真了兩種全光邏輯門(mén)的輸出性能。主要內(nèi)容如下：
　　1.對(duì)全光波

3、長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和全光邏輯門(mén)的背景、實(shí)際應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀等做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，并概括了基于不同效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方案。
　　2.在利用QD-SOA的光場(chǎng)傳輸方程和載流子速率方程的基礎(chǔ)上，建立分段模型，采用牛頓法和四階龍格-庫(kù)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(jié)果。
　　3.基于QD-SOA-XGM原理實(shí)現(xiàn)了全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。詳細(xì)分析了QD-SOA的XGM全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的增益恢復(fù)時(shí)間（Gain RecoveryT

4、ime,GRT）和轉(zhuǎn)換效率(Conversion Efficiency)。
　　結(jié)果表明：
　?。?）QD-SOA的增益具有快速恢復(fù)特性，增益恢復(fù)時(shí)間達(dá)到了ps量級(jí)。增大注入電流、減小電子從浸潤(rùn)層到激發(fā)態(tài)的躍遷時(shí)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(shí)間?21都可以減小增益恢復(fù)時(shí)間，加快QD-SOA的恢復(fù)進(jìn)程。
　　（2）探測(cè)光功率、有源區(qū)長(zhǎng)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(shù)的減小均可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率對(duì)注入電流不敏感。
　　4.研究了基于XGM原理下QD-SOA級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的全光邏輯與門(mén)。模擬仿真了全光邏輯與門(mén)的實(shí)現(xiàn)流程，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：增大第一級(jí)輸入泵浦光的峰值功率、提高第一級(jí)QD-SOA的注入電流、增大最大模式增益以及有源區(qū)長(zhǎng)度，減小有源區(qū)寬度和損耗系數(shù)均可以改善全光邏輯與門(mén)的輸出效果。
　　5.研究了基于XGM原理下Q