随着垂直腔半导体面发射激光器(VCSEL)技术以及其制造工艺的日益成熟,垂直腔半导体光放大器(VCSOA)也受到了人们的广泛关注。研究表明,VCSOA克服了传统边发射半导体光放大器(SOA)对光纤耦合效率低和对偏振较敏感等缺点,并且具有低噪声、低制造成本等优点,其在光调制、光开关、光检测以及波长转换等方面有着潜在的应用前景。 受限于其F-P腔结构的线宽,VCSOA的增益带宽通常较窄,因此本文通过合理设计其顶层分布布拉格反射光栅(DBR)膜堆结构,提出构造无源-有源耦合腔来拓展VCSOA增益带宽的新思路。在研究方法上,对VCSOA有源区内的量子阱、势垒、分割量子阱堆的基层和DBR等膜层分别建立特征矩阵,并将它们按构成器件的顺序依次相乘,得到了整个VCSOA的传输矩阵。在反射模式下,结合其衬底折射率,就可以计算出耦合腔VCSOA的信号增益及增益带宽。对双腔和三腔结构的VCSOA的研究结果表明,相对于单腔结构VCSOA,其增益带宽水平提高了170%以上。 在进一步拓展该耦合腔结构器件的应用方面,本文首次仿真模拟了基于VCSOA的交叉增益调制(VCSOA-XGM)波长转换技术。首先应用传输矩阵法分析了光场在VCSOA腔内的分布,然后利用边界条件以及其内部层与层之间的连续条件,得到了VCSOA内部光场分布与外部注入泵浦光、信号光之间的联系,推导出了分别对应于泵浦光、信号光的平均光子密度,通过和载流子方程相结合,建立了VCSOA-XGM理论模型。仿真获得了上下各4nm的波长转换范围,并重点研究了泵浦光功率以及信号光功率对转换光消光比特性的影响。