基于qd-soa-xgm的全光逻辑门研究

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4、uantum-dotSemiconductorOpticalAmplifier,QD-SOA）优良的非线性特性使其在全光信号处理中得到广泛关注。本文基于QD-SOA的三维受限理论模型，对求解光场基本传输方程和三能级跃迁速率方程使用分段法、牛顿法和四阶龙格-库塔法，并应用交叉增益调制效应(Cross-GainModulation,XGM)进行数值模拟仿真，分析了QD-SOA的增益饱和特性。在波长转换方面讨论了基于QD-SOA-XGM的全光波长转换器转换过程中的增益恢复时间和转换效率。本文还应用QD-

5、SOA的XGM效应建立了QD-SOA级联结构的全光逻辑与门和QD-SOA并联结构的全光逻辑与非门的仿真模型，并模拟仿真了两种全光逻辑门的输出性能。主要内容如下：1.对全光波长转换器和全光逻辑门的背景、实际应用及国内外研究现状等做了简要说明，并概括了基于不同效应的实现方案。2.在利用QD-SOA的光场传输方程和载流子速率方程的基础上，建立分段模型，采用牛顿法和四阶龙格-库塔法解非线性方程，最后模拟仿真了QD-SOA的增益饱和特性，并讨论了仿真结果。3.基于QD-SOA-XGM原理实现了全光波长转换。

6、详细分析了QD-SOA的XGM全光波长转换的增益恢复时间（GainRecoveryTime,GRT）和转换效率(ConversionEfficiency)。结果表明：（1）QD-SOA的增益具有快速恢复特性，增益恢复时间达到了ps量级。增大注入电流、减小电子从浸润层到激发态的跃迁时间、减小最大模式增益、W2减小有源区宽度、缩短电子从激发态到基态的跃迁时间都可以减小增益恢复时间，加21快QD-SOA的恢复进程。（2）探测光功率、有源区长度和宽度、最大模式增益的增大，以及泵浦光功率、脉冲宽度和损耗

7、系数的减小均可以导致转换效率的提高，并且脉冲宽度和最大模式增益是重要影响因素，而转换效率对注入电流不敏感。4.研究了基于XGM原理下QD-SOA级联结构的全光逻辑与门。模拟仿真了全光逻辑与门的实现流程，计算结果说明：增大第一级输入泵浦光的峰值功率、提高第一级QD-SOA的注入电流、增大最大模式增益以及有源区长度，减小有源区宽度和损耗系数均可以改善全光逻辑与门的输出效果。5.研究了基于XGM原理下QD-SOA并联结构的全光逻辑与非门。分析了其工作原理，数值仿真了两束50Gb/s信号的逻辑与非运算过程

8、，并将对比度和码型效应作为衡量其性能的指标，结果显示：增大峰值功率差值、提高注入电流、增大最大模式增益以及损I摘要耗系数，减小有源区宽度,都可以改善逻辑与非门性能。关键词：全光网，量子点半导体光放大器，交叉增益调制，增益恢复时间，转换效率，与门，与非门IIAbstractAbstractTheuniqueadvantagesofopticalfibertransmissiontechnologypromotetherapiddevelopmentofopticalfibercomm