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线性光放大器(LOA)通过在有源区内引入垂直光场(VCL),对增益形成了钳制、减小了信道间的串扰。以其良好的线性增益特性不仅在波分复用(WDM)系统中得到广泛的应用,而且还可作为全光信号处理模块中的非线性器件,用于波长转换、光逻辑门、波长路由、高速光开关等领域,解决“电子瓶颈”的限制,实现大容量、高速率的信息处理。 借鉴半导体光放大器(SOA)、垂直腔半导体光放大器(VCSOA)和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的一些理论和方法,基于LOA的速率方程,建立了分段模型。利用Simulink并行处理和模块化的优点,考虑了端面反射、放大的自发辐射噪声和VCL的增益钳制作用,首次开发出LOA的可视化动态仿真模型,模型能有效地仿真LOA基本动态和静态特性。利用该模型分析了LOA的增益钳制特性;将LOA模型扩充为马赫—曾德尔干涉仪(MZI)结构的全光波长转换和光逻辑异或门模型,研究了LOA的非线性应用。具体工作如下: (1).分析有源区内载流子和VCL光子密度的变化,揭示了增益钳制的物理机理。建立两个前向传输的信道,模拟增益饱和、串扰、弛豫振荡、交叉增益调制等动态特性。 (2).模拟了10Gb/s信号的波长转换。以分布式布拉格反射镜(DBR)反射率为参变量,分析了输出信号的消光比、啁啾、眼图等性能指标与信号光、探测光、电流等参数的关系。 (3).利用差分相位法克服了载流子恢复时间对信号处理速率的限制,实现了两路40Gb/s的异或运算。模拟了输入功率、系统参数等对输出脉冲波形、消光比、眼图等参数的影响。与SOA-MZI进行对比,分析了LOA用于异或门的优点。 研究结果表明:LOA中的VCL具有增益钳制作用,对输入信号的扰动具有不敏感性,并且能缩短载流子恢复时间;在C频段,LOA具有平坦的增益频谱;作为放大器用于WDM时,能减小信道间的串扰;模拟结果很好地拟合已有的理论和实验结果,能解释LOA用作非线性器件时,表现出的与SOA的差异。与SOA-MZI相比,LOA-MZI用于波长转换时有较宽的输入功率范围;可以通过提高DBR反射率,增大VCL的强度,提高转换信号的性