垂直腔半导体光放大器增益饱和及波长双稳特性的研究

《垂直腔半导体光放大器增益饱和及波长双稳特性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要光放大器是现今光通信网络中的关键光电器件。随着垂直腔光电器件的发展，一种基于垂直微型Fabry．Perot谐振腔结构的半导体光放大器——垂直腔半导体光放大器(VCSOA)被提出，并在近几年来迅速发展。VCSOA相比传统边发射半导体光放大器来说，具有对光纤耦合效率高、偏振不敏感、易于二维集成等优点，在新一代光通信网络、光信息处理、光计算等领域有着广泛的潜在应用前景。由于现有的VCSOA速率方程模型中，光注入耦合效率玎及镜面损耗都是和放大器增益有关的变量，使用起来不方便，并且在推导过程中还忽略了自发辐射因子的影响。因此本文直接从Fabr

2、y-Perot腔边界条件出发，导出腔内光子浓度与输入信号光功率之间的关系，并和速率方程中的载流子方程相结合，用以研究vCSOA的相关特性。Adams等人曾用此种方法研究边发射半导体光放大器的相关特性。而对于本文研究的VCSOA面发射微腔结构器件，和边发射器件有很大的不同，需要考虑的因素有：①它通过将多量子阱堆生长在腔内驻波波峰处来增强单程增益，驻波效应显得尤为重要，需要引入增益增强因子孝来反映这一效应。②当VCSOA有源腔截面积较小时，由于衍射作用，DBR端面等效反射率降低，必须修正F-P腔边界条件。在考虑前述因素的基础上，本文研究了VCSOA的有源腔截面积，DBR端面周

3、期，泵浦电流密度，以及自发辐射因子对增益饱和特性的影响。目前针对VCSOA双稳特性的研究工作，主要集中在输出光功率双稳特性上。本文从腔内平均光子浓度与输入信号光功率的关系出发，考虑到腔内载流子密度和有效折射率之间的变化关系，首次数值研究了VCSOA在反射模式下的波长双稳特性，分析了出现波长双稳现象的条件，探讨了波长双稳态的环宽与其可调参数(泵浦电流密度，顶层端面反射率，输入光功率)之问的关系。关键词：垂直腔半导体光放大器；增益饱和：波长双稳；速率方程；F．P腔西南交通大学硕士研究生学位论文第1

4、页AbstractOpticalamplifieristhekeyopto-e

5、leetricdeviceinmodemopticalcommunications．Withthedevelopmentofverticalcavitydevices，akindofsemiconductoropticalamplifierbasedOnverticalmicroFabry-Perotresonantcavity,verticalcavitysemiconductoropdcalamplifier(VCSOA)，areproposedandwidelydevelopedinrecentyears．Comparedwithconventionaledge-e

6、mittingsemiconductoramplifiers，VCSOAhastheinherentadvantageofhighfibercouplingefficiency,polarizationinsensitivity,andeasyforfabricatingtwo-dimensionalarraysonwafer．Ithasawiderangeofpotentialapplicationsinopticalcommunicationne觚orks．opticalsignalprocessing，opticalcomputations．Co．nsidering

7、thefactthatcouplingefficiencyintoVCSOAandmirrorlossisvariableaboutamplifiergaininexistingroteequation,whichisdiscommodioustobeused,andspontaneousemissionfactorisignoredduringdeducting．SofromtheboundaryconditionofFabry-Perot,deducingtherelationshipbetweenphotondensi哆insidecavityandinputsig

8、nalopticalpower,andutilizingcartierrateequation,thecharacteristicsisresearched．ThemethodhasbeenusedbyAdamstoanalyzecharacteristicsofedge-emittingsemiconductoropticalamplifiers．Consideringdistinctionbetweenedge—emittingsemiconductoropticalamplifiers，twofacetshavetobe