硅基拉曼放大器泵浦方式的研究.pdf

1、光纖通信作為20世紀(jì)人類社會(huì)的重大發(fā)明之一，把信息的傳輸速度和容量都提高到了前所未有的高度，滿足了人們對(duì)于信息的爆炸性增長的需求。但是光通信網(wǎng)絡(luò)的高造價(jià)成本卻限制了其進(jìn)一步的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，低成本的光器件成為下一代光通信系統(tǒng)的必然選擇。其中硅材料儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉并且以其為基礎(chǔ)發(fā)展了非常成熟的CMOS集成器件制造工藝技術(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)器件的高成品率和集成化，所以光器件的硅基化成為了未來光通信網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展的必然途徑。尤其是作為有源器件的硅基

2、光放大器和激光器的研制具有重要的價(jià)值。在光纖中普遍應(yīng)用于光放大和激光輻射的拉曼散射效應(yīng)成為了在硅波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)光放大的有效途徑，硅基拉曼放大器是近年來硅基光器件研究領(lǐng)域的重要課題。本論文從理論方面對(duì)硅基拉曼放大器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，通過放大器的泵浦光功率、硅波導(dǎo)長度以及泵浦方式的分析，對(duì)放大器的增益和噪聲特性進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了放大器的增益增強(qiáng)。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 1．單向泵浦硅基拉曼放大器的理論研究。
　　 從受

3、激拉曼散射的基本理論出發(fā)，建立了單向泵浦硅基拉曼放大器的理論模型。通過硅波導(dǎo)中泵浦光和信號(hào)光的耦合微分方程組的解析分析，提出了一種簡單直觀的放大器增益的理論分析方法，定義了有效增益系數(shù)，得到了自由載流子壽命的閾值和硅波導(dǎo)中泵浦光功率的取值條件，并根據(jù)量子噪聲理論推導(dǎo)了放大器的噪聲。
　　 通過龍哥庫塔法，MATLAB編程對(duì)放大器的增益和噪聲特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。系統(tǒng)分析了自由載流子壽命、泵浦光功率、硅波導(dǎo)長度等參量對(duì)于放大器增益和

4、噪聲的影響。
　　 根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)放大器的各關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，大幅提高了放大器的增益，優(yōu)化了放大器性能指標(biāo)。其中當(dāng)自由載流子壽命為1ns，泵浦光功率采用5000mW，通過對(duì)硅波導(dǎo)長度的優(yōu)化可以使放大器增益提高4.2dB；當(dāng)自由載流子壽命為1ns，硅波導(dǎo)長度為5cm，通過對(duì)于泵浦光功率的優(yōu)化選擇可以使放大器增益提高2.5dB。
　　 2．雙向泵浦硅基拉曼放大器的理論研究。
　　 通過引入雙向泵浦結(jié)構(gòu)下泵浦

5、光和信號(hào)光在硅波導(dǎo)中的傳輸演化方程，建立了雙向泵浦硅基拉曼放大器的理論模型。并數(shù)值模擬了雙向泵浦方式下硅波導(dǎo)中的泵浦光功率分布，指出雙向泵浦可以有效的優(yōu)化硅波導(dǎo)中的泵浦光功率分布，減小硅波導(dǎo)中的損耗，提高放大器的增益。
　　 定義了最優(yōu)化的泵浦功率分配比，通過MATLAB編程對(duì)雙向泵浦硅基拉曼放大器進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，系統(tǒng)分析了自由載流子壽命、硅波導(dǎo)長度等參量對(duì)最佳泵浦功率分配比的影響，實(shí)現(xiàn)了泵浦結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 根