基于量子點半導(dǎo)體光放大器交叉增益調(diào)制效應(yīng)的全光邏輯門研究.pdf

1、量子點半導(dǎo)體光放大器(QD-SOA)與其它光學(xué)放大器相比具有閾值電流低、增益響應(yīng)快、噪聲指數(shù)低、差分增益高和頻率帶寬大等優(yōu)越的性能，非常適用于實現(xiàn)全光波長轉(zhuǎn)換器和全光邏輯門。基于QD-SOA的全光波長轉(zhuǎn)換器和全光邏輯門具有高速信息處理能力，將成為下一代全光網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的組成部分。
　　 本課題首先針對QD-SOA典型的三維受限理論模型，建立了分段模型并進行數(shù)值求解，詳細(xì)分析了QD-SOA有源區(qū)的載流子分布情況和快速增益恢復(fù)等基本特

2、性。從理論上研究了利用QD-SOA的XGM原理實現(xiàn)的全光波長轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，重點討論了波長轉(zhuǎn)換后信號的啁啾特性。通過引入ASE噪聲等效模型，分析了噪聲對基于QD-SOA-MZI結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能的影響以及如何優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)使得噪聲的影響最小。同時，本課題還利用QD-SOA的XGM效應(yīng)建立了基于QD-SOA-MZI結(jié)構(gòu)的全光邏輯或門理論模型，并數(shù)值分析了邏輯門的性能；建立了控制脈沖作用下的基于QD-SOA-MZI結(jié)構(gòu)的全光邏輯異或門理論模型，

3、分析了邏輯門的性能以及控制脈沖對邏輯門性能的影響。
　　 結(jié)果表明：(1)QD-SOA具有快速增益恢復(fù)特性，提高注入電流或減小載流子從潤濕層到激發(fā)態(tài)的弛豫時間都可以縮短載流子恢復(fù)的時間，加快QD-SOA的恢復(fù)進程。(2)提高注入電流，增大信號光功率、減小探測光功率、提高輸入信號速率以及增大線寬增強因子都可以使得轉(zhuǎn)換后信號的啁啾變大，啁啾對輸入信號的波長變化不敏感，因此通過優(yōu)化這些參數(shù)可以使得啁啾的影響最小。此外，ASE噪聲會使波

4、長轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能惡化，但通過合理優(yōu)化注入電流、信號光功率和探測光功率的取值，可以使得轉(zhuǎn)換后同相信號的反差比提高，碼型效應(yīng)減弱。(3)增大注入電流、減小從潤濕層到激發(fā)態(tài)的弛豫時間、增加信號光功率、減小線寬增強因子和限制因子可以獲得較高的或門輸出信號質(zhì)量。輸入信號脈沖寬度的變化也會影響或門性能，其存在一個最佳的值使得或門輸出信號質(zhì)量最高。(4)增大注入電流、減小從潤濕層到激發(fā)態(tài)的載流子弛豫時間、減小輸入信號光功率和脈沖寬度可以提高異或運算輸出