半导体光放大器偏振相关性及其宽谱特性研究

【摘要】：半导体光放大器(SOA)由于体积小、成本低、易与其他光电器件集成,在未来的全光通信系统中将发挥重要的作用。本文主要围绕SOA 的偏振相关性和宽谱特性,对SOA 进行了深入的理论和实验研究。 增益对偏振态的无关性是光通信对SOA 的基本要求之一。本文应用能带工程理论,研究了不同应变、张应变量大小、量子阱厚度、载流子浓度对增益偏振相关性的影响规律; 设计了增益偏振无关的1.55μm 的张应变量子阱SOA 以及1.31μm 的混合应变量子阱SOA; 提出了采用抗反膜优化设计改善SOA 增益偏振不灵敏性的新方案,它可以为SOA 的有源区设计和波导设计提供更大的灵活度,更好地兼顾SOA 别的性能要求。 SOA 的固有双折射和附加双折射使得它对光波引进的相位变化具有偏振相关性,给SOA 一些应用带来不利影响。本文基于琼斯矩阵方法分析了光在SOA 中发生的偏振态改变,建立了考虑双折射效应的SOA 理论计算模型,为相关研究奠定了理论基础; 研究了双折射对基于SOA 干涉型器件的性能影响以及对超短光脉冲光谱展宽的影响; 提出了制作对增益和对位相调制同时具有偏振不灵敏的SOA 的必要性,并且分析了其实现的可能性。 对于不同的应用场合,SOA 对相位调制的偏振相关性要求也不同。本文的研究结果揭示,微分折射率与光限制因子之积的偏振相关性决定了双折射对SOA 应用性能的影响程度,也决定了基于SOA 交叉偏振调制应用的效果; 在研究分析不同应变量子阱对微分折射率偏振相关性影响的基础上,指出通过波导结构和能带结构的优化设计,可以满足SOA 不同应用需求对相位调制偏振相关性的要求。 基于SOA 附加双折射效应的交叉偏振调制,与交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频等非线性效应一样,可以为SOA 开拓出新的应用天地。本文研究了交叉增益调制、交叉相位调制和交叉偏振调制这三种非线性效应之间的关系,对基于交叉偏振调制的波长转换进行了理论研究,这对SOA 的非线性应用具有实践指导意义; 针对SOA 中附加双折射对光偏振态的改变进行了实验研究,包括入射光功率和工作电