引言

為了更好的理解SOA的特性，見(jiàn)合八方近期將會(huì)發(fā)布【SOA仿真】系列文章。

在前面兩篇文章中，我們分析了SOA的增益飽和特性?！丁維OA仿真】SOA增益飽和特性仿真1》，我們由實(shí)際測(cè)試的輸出飽和光功率Psat_out和峰值波長(zhǎng)的小信號(hào)增益G0仿真繪制了增益飽和特性曲線；《【SOA仿真】SOA增益飽和特性仿真1》中我們根據(jù)SOA本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如波導(dǎo)長(zhǎng)度、波導(dǎo)體積）、特性參數(shù)（增益系數(shù)、透明載流子濃度，耦合參數(shù)），注入?yún)?shù)（偏置電流、輸入光功率）等作為輸入，仿真求解SOA的增益特性。但這兩篇文章均沒(méi)有給出增益與波長(zhǎng)的關(guān)系，本文主要仿真增益的波長(zhǎng)相關(guān)性（增益譜）。

關(guān)鍵詞

半導(dǎo)體光放大器SOA、增益、小信號(hào)增益、增益飽和、仿真、載流子、速率方程

1.高斯增益譜模型

假設(shè)為高斯分布，表示為：

其中g(shù)peak(N)是增益峰值，由下面公式表示：

其隨N增大而增大，其中N0為透明載流子密度，a為微分增益參數(shù)；

λpeak(N)為增益峰值波長(zhǎng)，隨N增大而藍(lán)移，滿足

其中λ0為N=N0時(shí)的峰值波長(zhǎng)，b為藍(lán)移系數(shù)；

ΔλFWHM是增益譜的半高全寬FWHM，建成譜寬。

2.載流子速率方程

參考上一篇文章《【SOA仿真】SOA增益飽和特性仿真1》的第2節(jié)中的速率方程，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，有下面公式[1]：

公式的左側(cè)時(shí)電流注入帶來(lái)的載流子產(chǎn)生，右側(cè)是載流子復(fù)合帶來(lái)的載流子消耗。

3.仿真

第一步：設(shè)置初始參數(shù)，各參數(shù)含義與物理意義如下表：

第二步：通過(guò)載流子方程（公式4），可由注入電流Ibias，求取載流子濃度N；

本次使用python中自帶的fsolve函數(shù)求解速率方程，程序更簡(jiǎn)潔。

第三步：根據(jù)公式1的高斯增益模型，可獲取增益譜；

4.結(jié)論和后續(xù)

本文利用簡(jiǎn)化的載流子速率方程，以及二分法迭代，仿真得到了外部注入（電流及輸入光功率）與增益的關(guān)系。

后續(xù)我們還將仿真增益與波長(zhǎng)的關(guān)系（增益譜曲線），以及增益的動(dòng)態(tài)特性。

參考文獻(xiàn)

[1] Niloy K. Dutta and Qiang Wang, “Semiconductor Optical Amplifiers,”2nd edition,World Scientific Publishing Company, 2013.

[2]王光全，沈世奎，王偉，曾志超等，“半導(dǎo)體光放大器SOA技術(shù)與應(yīng)用白皮書(shū)”，2024版

[3] Aziz, Ahmed & Ng, Wai & Aly, Moustafa & Chiang, Ming. (2008).“Optimisation of the key SOA parameters for amplification and switching”.

天津見(jiàn)合八方光電科技有限公司，是一家專注國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體光放大器SOA研發(fā)和生產(chǎn)的高科技企業(yè)，目前已推出多款半導(dǎo)體光放大器SOA產(chǎn)品(850nm,1060nm,1270nm,1310nm, 1550nm,1625nm)以及增益芯片RSOA產(chǎn)品(850nm,1310nm,1550nm)，公司已建立了萬(wàn)級(jí)超凈間實(shí)驗(yàn)室，擁有較為全面的光芯片的生產(chǎn)加工、測(cè)試和封裝設(shè)備，并具有光芯片的混合集成微封裝能力。目前公司正在進(jìn)行NLL/ECL+SOA的混合集成器件、大功率SOA器件的研發(fā)工作，并可對(duì)外承接各種光電器件測(cè)試、封裝和加工服務(wù)。