集成雙波導SOA和可擴展型有源光開關矩陣的研究.pdf

1、由于半導體光放大器（SOA,Semiconductor Optical Amplifier）的體積小，可以用電流泵浦并有光集成的前景，因此人們對SOA的研究相當重視。要實現SOA與其它器件的單片集成，器件間必需高效地互相耦合，并且制造成本低，這對于常用的單波導結構的SOA來說是很難做到的。集成雙波導半導體光放大器（ITG-SOA，IntegratedTwin-Guide SOA）將光的放大與光的輸入-輸出功能相互分開，分別由不同的“部件

2、”完成，這種結構非常適合于各種器件之間的相互耦合，且制造成本相對低廉。ITG-SOA的結構形式將是構建未來光子集成回路（PIC）的重要理念之一?；贗TG-SOA的光開關（ITG-SOA-Switch）矩陣融合了多種光開關結構的優(yōu)點，同時具備高的開關消光比、高的開關速度（納秒量級）、好的端口可擴展能力以及具有增益、低的路徑相關損耗的特性，而且便于和其它器件相互集成，因此極有可能成為下一代光包交換網絡的核心器件。ITG-SOA和ITG-S

3、OA-Switch相對于SOA在結構上的變化，帶來了器件特性許多新的特點。本文圍繞ITG-SOA和ITG-SOA-Switch的材料特性、靜態(tài)和動態(tài)工作特性以及關鍵參數的測量進行了理論和實驗研究。具體內容如下： （1）介紹了單片光子集成技術的特點，概述了典型的單片光子集成技術，回顧了可擴展型有源光開關矩陣的各類和研究狀況。 （2）對InGaAsP/InP材料的折射率和吸收特性進行了分析。詳細討論了3種載流子效應，即能帶填

4、充效應，帶隙收縮效應和帶內自由載流子吸收（即等離子體效應） 對InGaAsP/InP材料折射率變化的影響及其與載流子注入水平和摻雜濃度、類型的關系。 （3）運用ITG-SOA光場傳輸方程對ITG-SOA在相位匹配和失配條件下的基本特性進行了討論。建立了ITG-SOA的數值模型，采用與SOA相關性能相比較的方式，詳細地分析了ITG-SOA小信號放大時的縱向特性、增益譜特性及其靜態(tài)增益飽和特性，并結合ITG-SOA在增益譜特

5、性和靜態(tài)增益飽和特性上的特點就其應用前景進行了討論。 （4）分析了可擴展型有源光開關矩陣拓撲結構的優(yōu)化過程，說明了ITG-SOA和ITG-SOA-Switch之間的內在聯系。研究了ITG-SOA-Switch的開關速度、開關消光比、導通放大時的動態(tài)特性、增益飽和特性上的新特點及其應用在波長轉換上的獨特優(yōu)勢。 分析結果和SOA的有關特性進行了比較，并與文獻報道的實驗數據進行了對照。 （5）實驗上，利用放大的自發(fā)輻射