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光放大器是现今光通信网络中的关键光电器件,也是全光通信网络实用化的一个关键部分。随着垂直腔光电器件的发展,一种基于垂直微型Fabry-Perot谐振腔结构的半导体光放大器——垂直腔半导体光放大器(VCSOA)被提出,并在近几年来迅速发展。VCSOA相比传统边发射半导体光放大器来说,具有对光纤耦合效率高、偏振不敏感、单纵模工作、易于二维集成等优点,在新一代光通信网络、光信息处理、光计算等领域有着广泛的潜在应用前景。 本文从VCSOA特殊器件结构出发,利用传统边发射F-P型半导体光放大器增益带宽理论及半导体激光器耦合速率方程,围绕VCSOA静态及动态工作特性展开了数值分析。在反射模式和透射模式两种情况下,计算了VCSOA的分布布拉格反射堆(DBR)反射率、单程增益与增益、带宽的关系,其中DBR反射率的增大伴随着增益的上升,但也伴随着带宽的减小。通过引入增益-带宽积,以均衡增益与带宽。计算结果得到了10dB、50GHz以上的增益带宽。在反射工作模式情况下,分析了VCSOA的增益饱和特性。通过数值求解,给出了饱和输出功率随泵浦光功率、出射腔面反射率的变化,分析了其功率动态范围,得出强泵浦能起到平坦增益,增大增益的作用的结论。 通过进一步拓展模型,首次模拟了基于反射模式VCSOA的交叉增益调制(VCSOA-XGM)波长转换技术,讨论了信号光功率、探测光功率及其它特性参数对VCSOA-XGM波长转换速率、输出消光比、噪声等的影响及变化趋势。实现了500Mbit/S速率输入信号、上下2nm范围的波长转换,输出消光比最高可达6.5dB,噪声指数最小3dB。结果表明,VCSOA-XGM波长转换技术采用大信号调制更易得到高转换效率;虽然输出消光比劣化比较严重,但增大输入信号光功率可以改善输出消光比,但输出信号噪声会随着增大;增大探测光功率可以提高输出信噪比。最后,总结了VCSOA设计、应用中的一些规律,以对VCSOA及其应用的设计与优化有所裨益。