引言

為了更好的理解SOA的特性，見合八方近期將會發布【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。《【SOA仿真】SOA增益飽和特性仿真1》，我們由實際測試的輸出飽和光功率Psat_out和峰值波長的小信號增益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SOA本身的結構參數（如波導長度、波導體積）、特性參數（增益系數、透明載流子濃度，耦合參數），注入參數（偏置電流、輸入光功率）等作為輸入，仿真求解SOA的增益特性。但這兩篇文章均沒有給出增益與波長的關系，本文主要仿真增益的波長相關性（增益譜）。

關鍵詞

半導體光放大器SOA、增益、小信號增益、增益飽和、仿真、載流子、速率方程

1.高斯增益譜模型

假設為高斯分布，表示為：

其中gpeak(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；

λpeak(N)為增益峰值波長，隨N增大而藍移，滿足

其中λ0為N=N0時的峰值波長，b為藍移系數；

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節中的速率方程，達到穩態時，有下面公式[1]：

公式的左側時電流注入帶來的載流子產生，右側是載流子復合帶來的載流子消耗。

3.仿真

第一步：設置初始參數，各參數含義與物理意義如下表：

第二步：通過載流子方程（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函數求解速率方程，程序更簡潔。

第三步：根據公式1的高斯增益模型，可獲取增益譜；

4.結論和后續

本文利用簡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）與增益的關系。

后續我們還將仿真增益與波長的關系（增益譜曲線），以及增益的動態特性。

參考文獻

[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，“半導體光放大器SOA技術與應用白皮書”，2024版

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

天津見合八方光電科技有限公司，是一家專注國產半導體光放大器SOA研發和生產的高科技企業，目前已推出多款半導體光放大器SOA產品(850nm,1060nm,1270nm,1310nm, 1550nm,1625nm)以及增益芯片RSOA產品(850nm,1310nm,1550nm)，公司已建立了萬級超凈間實驗室，擁有較為全面的光芯片的生產加工、測試和封裝設備，并具有光芯片的混合集成微封裝能力。目前公司正在進行NLL/ECL+SOA的混合集成器件、大功率SOA器件的研發工作，并可對外承接各種光電器件測試、封裝和加工服務。