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基于SOA非线性的全光逻辑门的理论与实验研究

作　者: 王会军
导　师: 祁欣；伦秀君
学　校: 北京化工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 全光逻辑门 半导体光放大器 XGM XPM FWM
分类号: TN25
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 167次
引　用: 5次
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内容摘要


全光信号处理技术成为开发高速光通信网络的关键技术，全光逻辑运算作为全光信号处理技术的重要组成部分，对未来的光分组交换、全光信号再生、全光波长变换、光计算等方面具有十分深远的影响。在实现全光逻辑运算的多种设计方案中，基于SOA的非线性特性的全光逻辑运算具有一定的优点，这是由于半导体光放大器(SOA：semiconductor optical amplifier)所具有的高非线性和可以高度集成等特点所决定的。SOA可产生多种非线性效应，如交叉增益调制(XGM)效应，交叉相位调制(XPM)效应和四波混频(FWM)等，可用来设计光子开关器件和实现光逻辑运算功能。本文从分析SOA的理论模型入手，对SOA的各种非线性特性进行了理论分析和实验研究，并对SOA非线性在全光逻辑运算中的应用进行了理论和实验研究，取得一定的结果：(1)、在广泛查阅文献资料的基础上，对半导体光放大器的XGM(交叉增益调制)、XPM(交叉相位调制)、FWM(四波混频)及NPR(交叉偏振旋转)几种非线性效应及其应用进行了较为深入的研究。(2)、提出了SOA的分段模型理论，并基于这一理论模型，从SOA的载流子速率方程和光波的传输方程出发，用数值方法模拟了SOA的非线性增益饱和特性，并对计算结果进行了分析比较，计算结果与实验相吻合。(3)、在理论分析的基础上，当有单束连续光、单个脉冲光、脉冲序列以及两束信号光同时入射SOA时，对光与SOA的相互作用、SOA的非线性变化、光信号的输出结果进行了数值模拟和理论分析。(4)、在理论分析的基础上，结合本课题组的实际情况，设计了基于SOA的交叉增益效应的全光逻辑运算方案，并进行了数值模拟和理论分析。(5)、提出了基于一种结构实现逻辑非门、与门和或非门的研究方案并进行了数值模拟；该方案结构简单、容易实现、工作波长范围宽等优点。(6)、搭建了实验光路，对SOA的增益特性、发光特性和XGM特性进行了实验研究，并对基于SOA-XGM效应的全光逻辑NOR门并进行了实验研究；设计了一种基于SOA-XPM的实验方案，本实验方案具有结构简单，易于集成，且不受SOA增益恢复时间的限制，可以提高运行速率等优点。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章 绪论  14-21
  1.1.本课题研究的意义  14-15
  1.2.相关领域的发展情况  15-19
  1.3.本文的工作  19-21
第二章 半导体光放大器的非线性特性  21-29
  2.1.交叉增益调制效应(XGM)理论及其应用  21-23
  2.2.交叉相位调制效应(XPM)理论及其应用  23-25
  2.3.四波混频(FWM)理论及其应用  25-27
  2.4.交叉偏振效应  27-29
第三章 SOA增益特性的理论研究  29-46
  3.1.SOA增益特性的理论基础  29-33
    3.1.1.SOA的稳态增益饱和特性  31-32
    3.1.2.SOA的动态增益饱和特性  32-33
  3.2.半导体光放大器增益特性的数值模拟  33-44
    3.2.1.入射光功率对半导体光放大器增益特性的影响  34-36
    3.2.2.入射电流对半导体光放大器增益特性的影响  36-38
    3.2.3.入射光波长对半导体光放大器增益特性的影响  38-39
    3.2.4.SOA有源区长度对半导体光放大器增益特性的影响  39-41
    3.2.5.总增益受SOA参数的影响  41-43
    3.2.6.不同参数情况下SOA增益随入射光功率的变化情况  43-44
  3.3.小结  44-46
第四章、SOA-XGM效应的理论研究  46-58
  4.1.两连续光同时入射SOA时的数值模拟  46-48
  4.2.一束连续光和单脉冲光同时入射SOA时的数值模拟  48-51
  4.3.一束连续光和一束脉冲序列光同时入射SOA时的数值模拟  51-53
  4.4.两同码型脉冲序列光同时入射SOA时的数值模拟  53-55
  4.5.两不同码型脉冲序列光同时入射SOA时的数值模拟  55-57
  4.6.小结  57-58
第五章、基于SOA非线性的全光逻辑门  58-65
  5.1.同一结构实现逻辑非门、与门和或非门的数值模拟  58-64
    5.1.1.逻辑非门的数值模拟  58-61
    5.1.2.逻辑与门的数值模拟  61-63
    5.1.3.逻辑或非门的数值模拟  63-64
  5.2.小结  64-65
第六章 实验部分  65-72
  6.1.SOA增益和发光特性的实验研究  65-66
  6.2.增益恢复时间及SOA-XGM效应的实验研究  66-69
  6.3.基于SOA-XGM的NOR全光逻辑门的实验研究  69-71
  6.4.小结  71-72
第七章 总结  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
研究成果及发表的学术论文  79
作者简介  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学
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