硅基拉曼放大器泵浦方式的研究.pdf

1、光纖通信作為20世紀人類社會的重大發(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，滿足了人們對于信息的爆炸性增長的需求。但是光通信網(wǎng)絡的高造價成本卻限制了其進一步的發(fā)展及廣泛應用，低成本的光器件成為下一代光通信系統(tǒng)的必然選擇。其中硅材料儲量豐富、價格低廉并且以其為基礎發(fā)展了非常成熟的CMOS集成器件制造工藝技術，很容易實現(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值。在光纖中普遍應用于光放大和激光輻射的拉曼散射效應成為了在硅波導中實現(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域的重要課題。本論文從理論方面對硅基拉曼放大器進行了系統(tǒng)的研究，通過放大器的泵浦光功率、硅波導長度以及泵浦方式的分析，對放大器的增益和噪聲特性進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了放大器的增益增強。主要內容包括以下幾個方面：
　　 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。通過硅波導中泵浦光和信號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中泵浦光功率的取值條件，并根據(jù)量子噪聲理論推導了放大器的噪聲。
　　 通過龍哥庫塔法，MATLAB編程對放大器的增益和噪聲特性進行了數(shù)值模擬。系統(tǒng)分析了自由載流子壽命、泵浦光功率、硅波導長度等參量對于放大器增益和

4、噪聲的影響。
　　 根據(jù)數(shù)值模擬結果對放大器的各關鍵參數(shù)進行了優(yōu)化設計，大幅提高了放大器的增益，優(yōu)化了放大器性能指標。其中當自由載流子壽命為1ns，泵浦光功率采用5000mW，通過對硅波導長度的優(yōu)化可以使放大器增益提高4.2dB；當自由載流子壽命為1ns，硅波導長度為5cm，通過對于泵浦光功率的優(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構下泵浦

5、光和信號光在硅波導中的傳輸演化方程，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)化硅波導中的泵浦光功率分布，減小硅波導中的損耗，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編程對雙向泵浦硅基拉曼放大器進行了數(shù)值計算，系統(tǒng)分析了自由載流子壽命、硅波導長度等參量對最佳泵浦功率分配比的影響，實現(xiàn)了泵浦結構的最優(yōu)化設計。
　　 根