基于半导体光放大器的全光逻辑门

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要高速全光逻辑门是实现光分组交换、光计算和未来高速大容量光传输的关键器件，近年来受到国内外广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因为具备良好的非线性特性，十分适合用来实现光逻辑功能。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划-G2000036605)项目的资助下，对基于SOA的全光逻辑运算功能进行了较为完整的理论和实验研究，取得了一定的研究成果。主要内容如下：(1)在广泛查阅文献的基础上，分析了全光逻辑的研究背景和研究意义，概括了全光逻辑的实现方案和研究状况。结合实际情况，选择了SOA环

2、镜和基于SOA中的XGM效应实现的逻辑门作为研究对象。(2)从SOA中的载流子速率方程和光功率的传输方程出发，采用SOA的分段模型，数值模拟了SOA的动态和静态增益饱和特性，并分析比较了计算结果。(3)分析了SOA环镜的基本工作原理，推导了SOA环镜透射端和反射端输出功率的表达式，并在此基础上模拟了SOA环镜的透射窗口的输出特性，根据模拟结果讨论了SOA环镜的物理参数和控制脉冲参数对其窗口特性的影响。(4)提出了基于两级级联SOA的XGM效应实现逻辑与门的结构，分析了这种方案的实现原理，并对这种结构的与门的输出

3、特性进行了理论分析。根据分析结果发现，选择使用单端耦合的SOA并合理控制第一级输出信号光功率可以有效的改善逻辑门的输出特性。从实验上分别实现了两路2．5Gb／s和10Gb／sNRZ信号的逻辑“与”运算，实验结果与理论分析结果基本吻合。(5)根据SOA环镜透射端和反射端输出功率的表达式，数值模拟了10Gb／sNRZ信号输入SOA环镜后得到的输出结果，分别在SOA环镜的透射和反射端实现了逻辑非门和逻辑异或功能。基于SOA环镜进行了2．5Gb／s的NRZ信号的逻辑“非”和环内的cw、COW两路信号的逻辑异或运算的实验

4、研究，实验结果与理论分析结果基本吻合。关键词：半导体光放大器全光逻辑交叉增益调制半导体光放大器光环镜华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTHighspeedall—opticallogicdeviceisreceivingmoreandmoreattentionsforitswideapplicationsinall-opticalpacketswitchingsystem，opticalcomputerandopticaltransmissioninfuture．Semiconductoropticalam

5、plifier(SOA)isveryfitforopticalswitchingandall—opticallogicoperationduetoitsnonlinearperformance．SupportedbyImportantNationalBasicResearchProgramofChina(973Program—G2000036605)，thispaperpresentsthetheoreticalandexperimentalresearchesonall—opticallogicoperati

6、onbasedonSOA．Themaincontentsarelistedasfollows：(1)Theresearchbackgroundandsignificationofall·opticallogicisintroduced．Theprimarytechnicalsolutionsforall·opticallogicarereviewed．AccordingtOourexperimentalconditions，theSOAloopmirrorandthelogicgatebasedontheXGM

7、inSOAareconsideredtobestudied，(2)Basedonthecarrierrateequation，opticalpowerpropagatingequationandthesegmentedmodelofSOA，thestaticanddynamicgainsaturationpropertiesofSOAaresimulated，andtheresultsofnamericalsimulationareanalyzedanddiscussed．(3)Thetransmittedan

8、dreflectedoutputpowersofSOAloopmirrorarederived，onthebasisofwhichthewindowpropertiesatthetransmittedportofSOAloopmirroraresimulated．TheinfluencesofthephysicalparametersoftheSOAloopmirrorandthepa