单端耦合QDSOA波长转换特性研究

摘要:通过光场传输方程和电子跃迁速率方程,采用细化分段方法,解常微分方程组的四阶龙格?库塔法和求解非线性方程组的牛顿法,建立了针对动态输入信号的仿真模型。对基于单端耦合QD?SOA的交叉增益调制(XGM)波长转换器转换光增益、啁啾特性与有源区长度、输入光信号功率、注入电流之间的关系进行了研宄。结果表明增大泵浦光、减小探测光、增大注入电流都可以增加转换光啁啾特性,通过增加有源区长度和后端面反射率可以有效提高转换光增益,而光增益随注入电流变化不大。关键词:QD?SOA;交叉增益调制;光增益;啁啾特性中图分类号:TN929.1734文献标识码:A文章编号:10047373X(2015)13?0152?04Abstract:Simulationmodelofdynamicinputsignalwasestablished.Whichisbasedonopticalfieldtransmissionequationandelectrontransitionrateequation,adoptedrefiningsegmentationmethod,four?orderRunge?KuttamethodandNewtonmethod.Therelationshipsbetweenconversionopticalgainofcrossgainmodulationwavelengthconvertor,chirpcharacteristic,activeregionlength,inputopticalsignalpower,injectioncurrentforsingle?terminalcoupledQD?SOAareresearched.Calculationresultsshowthatchirpcharacteristiccanbeimprovedbyincreasingpumplight,reducingprobelightandincreasinginjectioncurrent.Theconversionopticalgaincanbeenhancedbyincreasingthelengthofactiveregionandthereflectivityinrear?endface,andtheopticalgainhaslittlevariationwithchangeofinjectioncurrent.Keywords:QD?SOA;crossgainmodulation;opticalgain;chirpcharacteristic0引言随着现代光纤通信技术的快速发展,用户大数据容量需求造成了系统出现网络阻塞,另外现有网络节点存在的光/电(电/光)转换电子瓶颈也进一步限制了传输带宽扩大[1]。为了解决这些实际问题,全光通信网络要求光器件具有高速的全光信号处理能力,其中基于半导体光放大器的全光波长转换器就是全光信号处理技术的重要应用之一,要求光信号在不经过任何光/电转换情况下,直接完成光信号交换[2]。在各种类型波长转换器中,交叉增益调制型(XGM)波长转换器由于结构简单、效率高、响应时间快,正成为全光网络波分复用关键技术[3]。另外,量子点半导体光放大器(QD?SOA)与普通半导体光放大器(BulkSOA)、量子阱半导体光放大器(QW?SOA)相比,具有低温度灵敏性、低线宽增强因子、低阈值电流、高微分增益、高调制带宽等优点[4?6],因此本文主要对基于量子点半导体光放大器XGM型波长转换器进行了研宄。文献[7]提出了一种基于单端耦合普通光放大器(BulkSOA)的波长转换器结构。本文在采用该结构的基础上,通过细化分段方法,建立了基于单端耦合QD?SOA的交叉增益调制波长转换器动态模型,重点分析了有源区长度、输入光信号功率、注入电流与转换光增益和啁啾特性之间的关系。1动态理论模型图1所示为基于单端耦合QD?SOA?XGM全光波长转换器结构。在图1结构中,携带原始信息泵浦光([入1])和连续探测光([人2])同时耦合进入QD?SOA中。半导体光放大器后端面镀有反射率为[R2]的增透膜,信号光在有源区内部传输,经过后端面反射后,通过光放大器前端面输出,输出信号光通过光环行器3端再次输出。此时输出的光信号包含泵浦光和经调制后的探测光频率分量,输出光信号通过窄带光滤波器滤除泵浦光后,只保留[X2]频率分量。本文建立的动态模型依据电子在QD7S0A中的速率方程,量子点半导体光放大器有源区能级为浸润层、激发态和基态的三能级结构。载流子在浸润层、激发态和基态的跃迁速率方程为[8?10]:[?Nw?t=JeLw-Nw(1-h)T2w+NQhLwT2W-NWTWR](1)[?h?t=NwLw(1-h)NQT2w-hT2w-h(1-f)T21+f(1-h)T12](2)[?f?t=h(1-f)T21-f(1-h)Ti2-f2TlR-iLwgi(wi)PNQohlwi](3)在该动态理论模型中,因光放大器的饱和主要由信号光引起,所以忽略掉了ASE噪声的影响。在QD?SOA有源区内只有泵浦光和探测光传输,其光场传输方程可由下式来进行描述[11]:[dE土dz=±r(g(1-jr\)-aint)E土](4)式中:[z]为光场的传播方向;[E+]表示沿有源区正...

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