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基于InGaAs/InP多量子阱中电子自旋弛豫的超快全光偏振开关的研究

作　者: 李安
导　师: 王涛
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 全光开关多量子阱自旋弛豫相空间填充库仑屏蔽
分类号: TN256
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

尽管我们一直在提升光电和电子开关器件的性能,要使它们工作在比特率高于100 Gb s - 1仍然很困难,因为多种因素限制了他们的响应时间,包括载流子复合寿命,载流子在器件内的输运时间,以及外部的RC时间常数。而全光开关由于其良好的光学特性和更快开关速度则越来越受到国内外学者的重视和青睐。因此在本论文中,我们对基于多量子阱的全光开关进行了研究。我们深入地探索性研究了InGaAs/InP多量子阱中的载流子输运,超快自旋空间动力学过程,激子的吸收饱和、漂白及自旋相关特性,材料的光学非线性、二色性及其他光学特性。我们提出了一种新型的基于120周期In_0.53Ga_0.47As/InP多量子阱的全光偏振开关,完善了其工作机理及相关理论,构建了飞秒泵浦-探测实验平台。该全光开关具有皮秒级超快开关速度,工作波长兼容于1.55μm窗口,在0.1nJ的泵浦驱动下最大旋转角可达60°,开关驱动要求低、旋转角大。可直接应用于Gbs^-1比特率的光传输系统中。接着我们主要针对多量子阱材料的参数和法布里-珀罗（FP）标准具的结构进行了初步设计,提出了透射式和非对称法布里-珀罗（AFP）反射式两种工作模式。我们建立了圆偏光泵浦—线偏光探测条件下载流子跃迁的双三能级模型,根据速率方程得到了阱中的载流子布居数随时间的变化,根据激子吸收饱和的三大机制分析计算了吸收系数的变化,通过理论分析首次得到了探测光的瞬态旋转角及材料吸收共振峰的漂移与阱中载流子密度之间的关系。我们还对这种飞秒光开关的提出了若干改进方案,包括例如低温生长（LOTOS）和子带间跃迁（ISBT）等新型全光开关,目的是解决我们目前研究的偏振开关重复速率受到载流子寿命的限制问题。最后我们从瞬态旋转角和动态漂移两个方面对全光偏振开关工作特性进行了总结。希望我们的理论研究和计算结果对未来实用型光开关的设计和实验有参考意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 光纤通信技术  9-10
  1.2 超快脉冲和飞秒光器件  10-11
  1.3 光开关  11-13
  1.4 本论文的工作及意义  13-15
2 基于InGaAs/InP 多量子阱的全光偏振开关  15-24
  2.1 引言  15-16
  2.2 激子特性  16-18
  2.3 电子自旋弛豫  18-21
  2.4 圆偏二色性和全光偏振开关  21-22
  2.5 飞秒泵浦－探测技术与实验平台  22-24
3 多量子阱材料的参数和结构设计  24-28
  3.1 组分参数设计  24-26
  3.2 FP 腔结构设计  26-28
4 瞬态旋转角的研究  28-42
  4.1 理论模型  28-31
  4.2 相空间填充（PSF）与吸收饱和  31-36
  4.3 库仑屏蔽（CS）与吸收饱和  36-38
  4.4 KRAMERS-KRONIG 关系  38
  4.5 瞬态旋转角  38-42
5 吸收共振峰的动态漂移  42-52
  5.1 理论模型  42
  5.2 相空间填充（PSF）与蓝移  42-44
  5.3 库仑屏蔽（CS）与红移  44-51
  5.4 吸收共振峰的动态漂移  51-52
6 光开关的改进与未来展望  52-59
  6.1 LOTOS 低温生长光开关  52-53
  6.2 子带间跃迁(ISBT)的光开关  53-59
7 结论  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-69
附录1 攻读学位期间发表论文目录  69

基于InGaAs/InP多量子阱中电子自旋弛豫的超快全光偏振开关的研究

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