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全光通信是目前光纤通信技术发展的主要方向,其在解决节点间光/电/光转换瓶颈问题的同时也提高了光纤带宽利用率。光信号在光领域处理是全光通信网络发挥优势的基础,而实现全光信息处理又依靠光器件,尤其以半导体光放大器(SOA)为基础的各种功能器件成为光信息处理的关键。SOA可分为体材料Bulk-SOA、量子阱QW-SOA、量子线SOA以及量子点SOA(QD-SOA),其中QD-SOA性能优越,态密度是离散的δ函数,具有高增益、低温度灵敏性、低线宽增强因子及门限电流小等特点。然而双端QD-SOA应用于全光通信网络时,信号经处理后消光比容易退化。单端QD-SOA与双端QD-SOA不同,后端面镀有适当反射率的增透膜,通过双程增益就可以消除光信号消光比退化现象。本文主要对单端QD-SOA在全光信息处理方面应用进行了研究,主要内容有以下几点:1.首先详细讨论了光纤通信的发展历程,对通信网络各基本组成部分(信源、传输媒介及光器件)进行描述,分析了这种通信方式能够解决光/电/光转换瓶颈问题的原因。然后介绍了实现全光波长转换技术和逻辑运算门技术的常规方法,最后阐述了研究单端QD-SOA的目的及意义。2.在讨论传统SOA和双端QD-SOA运转机制和结构基础上,详细介绍了单端QD-SOA的结构特点以及实现光双倍放大原理,另外对有源区量子点材料态密度、制备方法和应用价值进行了相关介绍。3.依据光信号在QD-SOA的传播方程,有源区分段方法,并采用牛顿迭代方法求解载流子的三能级跃迁速率方程,建立了针对研究单端QD-SOA静态特性的理论模型。通过静态模型,分析了单端QD-SOA的静态增益及载流子能级间分布。在有源区粗分段基础上,对每小段再次细化,利用定步长的四阶龙格-库塔法求解非线性跃迁速率方程,最终建立了研究单端QD-SOA动态特性模型。4.构建了基于XGM效应的单端QD-SOA波长转换器方案,通过动态模型研究了转换光增益、啁啾以及消光比特性,分析了输入光功率、有源区长度、最大模式增益、线宽增强因子、能级间载流子跃迁时间、波长转换间隔等对各种特性的影响。并特别对比了单双端QD-SOA波长转换器的消光比特性,得出单端波长转换器结构消光比性能更好。对于基于单端QD-SOA的XGM全光或非门,通过模拟得出改变输入光脉冲序列组合不会影响全光逻辑或非作用效果,另外也证明了降低输入光信号脉宽可以消除超高速光逻辑或非门码型效应的方法。