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光分组交换直接在光域对高速传输的光分组进行交换,避免了在各个节点的光／电／光转换以及“电子瓶颈”的限制,是光通信网络未来主要发展方向之一。光分组交换的关键技术是高速全光信号处理。与体结构半导体光放大器和量子阱半导体光放大器相比,量子点半导体光放大器(QD-SOA)具有低温度灵敏性、低线宽增强因子、高微分增益以及增益恢复时间快等优点,适合于高速全光信号处理。本文建立QD-SOA的多能级动态物理模型,包括信号光子数、导带和价带各能级载流子数的速率方程,包括经光谱分割后的自发辐射光子数速率方程。对QD-SOA的超快动态特性及基于它的全光比较器进行了理论与仿真研究。论文主要研究工作如下：1.利用简化的二能级和三能级模型,得到了QD-SOA的有源区长度、能量效率与饱和功率及输入功率的关系。利用多能级模型和光谱分割方法得到了QD-SOA的自发辐射特性,随着外部注入光功率增加,ASE功率降低,显示了信号光对自发辐射过程的抑制。2.研究了QD-SOA的增益、相位、啁啾等超快动态过程。高速光脉冲经过QD-SOA,相位动态过程超过增益动态过程,随着输入脉冲峰值功率的增大或者有源区长度的增加,相位超前增益更多。同时,频率啁啾导致光谱分裂,且随着输入脉冲能量增大,红移量减小,蓝移量增大。3.提出了一种有源区纵向不均匀的QD-SOA结构,分析了有源区不均匀对QD-SOA增益性能的影响,理论研究表明,平均宽度相同时,增益特性与有源区宽度不均匀无关,仅与高度不均匀有关。数值研究了几种不同高度变化曲线时的模式增益和光信号增益,结果表明,当非均匀QD-SOA中基态电子占用概率方差最小时,光信号增益最大。4.分析了基于QD-SOA的马赫曾德干涉仪(QD-SOA-MZI)的传输函数,仿真实现了500Gb/s与、非、异或等多种高速全光逻辑运算,逻辑输出信号Q因子随注入电流的增大而增大,随输入信号单脉冲能量增大而减小,随脉冲宽度减小而增大。提出了一种级联QD-SOA-MZI全光8位比较器结构,仅当输入信号各比特完全相同时,比较器在最后一个比特位置输出光脉冲。5.研究了QD-SOA中四波混频(FWM)效率的影响因素。增大泵浦光功率,增大QD-SOA有源区长度,或者增加注入电流,FWM效率明显增大,而泵浦光和探测光的波长间隔增大会降低FWM效率,探测光功率的增大使FWM效率小幅降低。利用QD-SOA中的FWM效应同时在三个波长位置实现了100Gb/s DPSK信号的“异或”逻辑,仿真实现了100Gb/s RZ-DQPSK信号和NRZ-DQPSK信号的波长变换。6.仿真研究了控制光和探测光经增益透明QD-SOA共同传输后的增益和相位动态过程,结果表明输出探测光强度没有明显变化,但相位受到了控制光的调制,且控制光功率越大,探测光的相位变化越大。仿真研究了基于增益透明QD-SOA的NOLM环开关特性；提出了一种基于增益透明QD-SOA的RZ/NRZ-OOK信号到DPSK信号的码型变换方案,仿真实现了250Gb/s的码型变换。