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第1章 绪论 1

1.1 半导体光放大器概述 1

1.1.1 半导体光放大器的出现和发展 1

1.1.2 光纤通信的需求拉动了半导体光放大器的发展 3

1.1.3 半导体光放大器受到光纤放大器的严重挑战 7

1.2 半导体光放大器的发展机遇 11

1.3 半导体光放大器在光信号处理方面的应用 14

参考文献 19

第2章 半导体光放大器的基本原理 21

2.1 引言 21

2.2 半导体物理基础概要 22

2.3 光子态密度 26

2.4 半导体增益介质粒子数反转条件与增益系数 26

参考文献 32

第3章 半导体光放大器的性能 33

3.1 引言 33

3.2 半导体光放大器的增益特性 34

3.3 半导体光放大器的噪声特性 40

3.4 半导体光放大器的增益动力学 43

参考文献 45

第4章 半导体光放大器主要制造工艺 47

4.1 概述 47

4.2 减少芯片端面剩余反射的影响 48

4.3 半导体光放大器与光纤的耦合与封装 52

参考文献 56

第5章 基于低维量子结构和应变效应的半导体光放大器 58

5.1 低维量子结构 58

5.1.1 超晶格、量子阱、量子线和量子点的概念 58

5.1.2 超晶格、量子阱、量子线和量子点的制作 66

5.1.3 量子短线 70

5.2 应变效应 71

5.2.1 压应变、张应变 72

5.2.2 应变对能带结构和增益偏振相关性的影响 73

5.3 增益偏振无关的SOA 76

5.3.1 增益偏振无关的应变量子阱及超晶格SOA 77

5.3.2 增益偏振无关的张应变体材料SOA 81

5.4 量子点SOA 84

5.4.1 QD SOA的特点 84

5.4.2 1.3μm和1.5μm的QD SOA 91

5.5 量子短线SOA 94

5.6 宽增益谱的QW SOA 96

5.7 宽增益谱的QD SOA 100

参考文献 103

第6章 SOA中非线性效应及理论分析模型 107

6.1 SOA中的基本方程 107

6.1.1 基本传输方程 107

6.1.2 载流子速率方程 110

6.1.3 非线性极化过程理论描述 111

6.2 SOA中的非线性效应 114

6.2.1 常用三种非线性效应过程 114

6.2.2 超快非线性效应过程 115

6.3 SOA的小信号分析解析模型 117

6.3.1 Davies的小信号分析模型 117

6.3.2 Mecozzi的模型 119

6.3.3 Marcenac的模型 121

6.4 SOA非线性应用理论分析模型及数值求解 123

6.4.1 常用SOA应用的理论模型 123

6.4.2 考虑端面反射和宽带ASE谱的SOA动态和静态分析模型求解 127

6.5 SOA载流子恢复特性改善 135

6.5.1 常规载流子恢复加速方案 136

6.5.2 端面反射率对SOA动态特性的影响 139

参考文献 141

第7章 基于SOA的全光波长转换 143

7.1 概述 143

7.2 交叉增益调制型全光波长转换器 144

7.3 交叉相位调制型全光波长转换器 147

7.4 FWM型全光波长转换器 151

7.5 瞬态交叉相位调制型全光波长转换器 155

7.5.1 增益恢复加快机理 156

7.5.2 同相和反相波长转换的理论分析 157

7.5.3 40Gbit/s同相和反相波长转换器的实验研究 162

7.6 全光波长转换器中滤波过程的优化 164

7.6.1 优化模型 165

7.6.2 实验验征 168

参考文献 170

第8章 SOA及波长转换器的典型应用 173

8.1 基于SOA的全光逻辑门 173

8.1.1 基于XGM效应的全光逻辑门 173

8.1.2 基于XPM效应的全光逻辑门 175

8.1.3 基于SOA中T-XPM效应及FWM效应的多功能全光逻辑门 180

8.1.4 基于T-XPM效应的全光加法器 182

8.1.5 基于延时干涉仪和SOA的全光最小项 186

8.2 基于SOA的全光码型转换 191

8.2.1 基于XPM效应实现NRZ到RZ的码型转换 192

8.2.2 基于SPM效应实现NRZ到PRZ的码型转换和脉冲整形 196

8.2.3 基于SOA和DI的全光码型转换 198

8.2.4 基于SOA和DI的多信道再生型全光码型转换 201

8.3 基于SOA的全光UWB信号产生 207

8.3.1 基于SOA的XPM效应产生monocycle信号 208

8.3.2 基于SOA的增益饱和特性产生monocycle信号 211

8.3.3 利用XGM效应产生monocycle信号的改进方案 214

8.3.4 基于SOA的超宽带doublet产生方案 217

8.4 基于SOA的微波光子学滤波器 219

8.4.1 基于ASE的单级高Q微波光子学滤波器 219

8.4.2 基于IIR和FIR的混合型级联滤波器方案 221

8.4.3 基于两个IIR级联的高Q微波光子学滤波器 225

8.5 SOA的其他方面应用概述 229

8.6 SOA应用总结 231

参考文献 234

第9章 光电集成中的SOA 236

9.1 光电集成概述 236

9.1.1 光电集成概念 236

9.1.2 光电集成分类 237

9.1.3 光电集成的技术挑战 239

9.2 光电集成的典型制作工艺 241

9.2.1 概述 241

9.2.2 对接再生长 242

9.2.3 选区外延生长 242

9.2.4 量子阱混合 243

9.2.5 键合 245

9.3 光子集成中的光波导及其耦合 246

9.3.1 光子集成中的光波导 246

9.3.2 有源波导和无源波导之间的耦合 248

9.4 SOA在光电集成中的应用概述 249

9.5 旨在改善SOA性能的集成 250

9.5.1 SOA和模斑转换器的集成 250

9.5.2 增益钳制SOA 256

9.5.3 多段式SOA 259

9.6 多个SOA之间的集成 261

9.6.1 SOA光开关阵列 261

9.6.2 基于SOA集成的波长转换器 264

9.7 SOA与半导体激光器的集成 269

9.7.1 利用SOA线性放大作用提高LD的输出光功率 269

9.7.2 SOA作为调制器，与LD集成构成调制光源 271

9.7.3 SOA和LD集成应用在波长转换中 273

9.7.4 SOA作为光开关，消除可调谐LD波长切换中的瞬态模式 275

9.8 SOA与电吸收调制器的集成 276

9.9 SOA与激光器、调制器的高功能集成 278

9.10 SOA与超辐射发光管的集成 280

9.11 SOA与光探测器的集成 282

9.12 SOA与阵列波导光栅的集成 284

9.13 SOA与微环谐振器的集成 288

9.13.1 微环谐振器简介 289

9.13.2 微环与SOA的集成 292

参考文献 295