مقاله ترجمه شده: فرمالیسم ماتریس مولر برای مدلسازی زاویه هاگسانی و جهتی قطبش در تقویت کننده های نوری نیمه هادی در یک طرح پمپ-پروب

مقاله ترجمه شده: فرمالیسم ماتریس مولر برای مدلسازی زاویه هاگسانی و جهتی قطبش در تقویت کننده های نوری نیمه هادی در یک طرح پمپ-پروب

A Mueller-Matrix Formalism for Modeling Polarization Azimuth and Ellipticity Angle in Semiconductor Optical Amplifiers in a Pump–Probe Scheme

Abstract

This paper presents a Mueller-matrix approach to simulate the azimuth and ellipticity trajectory of a probe light in a tensile-strained bulk semiconductor optical amplifier (SOA) in a conventional pump–probe scheme. The physical mechanisms for the variations of polarization azimuth and ellipticity angle of the probe originate from the significant nonuniform distributions of carrier density across the active region in the presence of an intense pump light. Due to this carrier-density nonuniformity, the effective refractive indexes experienced by transverse-electric (TE) and transverse-magnetic (TM) modes of the probe are different. This results in a phase shift between TE and TM modes of the probe upon leaving the SOA. Simulations of the carrier distributions along the cavity length at different pump-light levels are demonstrated using multisection rate equations, which take into account the longitudinal nonuniform carrier density. The optical gain is considered via the parabolic band approximation. The influences of the spontaneous recombination and carrier-dependent material loss on the amplifier performance are included. The Mueller-matrix formalism is utilized to predict the variations of azimuth and ellipticity angle, which greatly reduces the complexity of the simulations in comparison with Jones-matrix formalism. The suggested approach is beneficial to experimental investigations due to the fact that during the optical-tuning process, Stokes parameters are virtually measurable on the Poincaré sphere, and the Stokes vector of the incoming probe can be adjusted by a polarization controller and monitored by a polarization analyzer. Based on these carrier-induced nonlinearities in SOAs, an optical and gate with extinction ratio larger than 14 dB and Q-factor larger than 25 is presented at a bit rate of 2.5 Gb/s

چکیده

مقاله پیش رو یک روش ماتریس مولر جهت شبیه سازی سمت و مسیر بیضوی پرتو پروب در یک تقویت کننده نوری نیمه هادی حجیم تنش-کرنشی (SOA) را در طرحواره متداول پمپ-پروب ارائه می دهد. مکانیسم های فیزیکی برای تغییرات سمت قطبش و زاویه هاگسانی پروب از توزیع های بسیار غیریکنواخت چگالی حامل ها در ناحیه فعال در حضور یک پرتو شدید پمپ نشأت می گیرد. به سبب عدم یکنواختی در چگالی حامل ها، ضریب شکست مؤثر تجربه شده توسط مدهای الکتریک عرضی (TE) و مغناطیس عرضی (TM) پروب متفاوتند. این منجر به شیفت فاز بین مدهای TE و TM پروب در خروج از SOA می شود. شبیه سازی های توزیع های حامل ها در طول حفره در سطوح مختلف پمپ-پرتو با استفاده از معادلات سرعت چند قسمتی که چگالی غیریکنواخت طولی حامل ها را به حساب می آورند نشان داده شده است. بهره نوری از طریق تقریب باند سهموی در نظر گرفته شده است. اثرات بازترکیب خود به خودی و تلفات وابسته به حامل ها در عملکرد تقویت کننده نیز در مقاله آمده است. فرمالیسم ماتریس مولر جهت پیش بینی متغیرهای جهت و زاویه هاگسانی استفاده شده است، این پیچیدگی شبیه سازی ها را در مقایسه با فرمالیسم ماتریس جونز به مقدار فراوان کاهش می دهد. به سبب این واقعیت که طی فرآیند تنظیم نوری، پارامترهای استوکس عملاً در کره پوانکاره قابل اندازه گیری هستند و بردار استوکس پروب ورودی می تواند توسط یک کنترل گر قطبش تنظیم شده و توسط یک آنالیزور قطبش پایش شود، روش پیشنهادی برای بررسی های تجربی نیز سودمند است. بر اساس این خواص غیرخطی ناشی از حامل ها در SOA ها، یک گیت منطقی نوری AND با نسبت خاموشی بزرگ تر از 14 دسی بل و فاکتور Q بزرگ تر از 25 در نرخ بیت 2.5 گیگابایت بر ثانیه ارائه شده است.

1-مقدمه

به تازگی پیشرفت های قابل ملاحظه ای در بهره برداری از خواص غیرخطی نوری در تقویت کننده های نوری نیمه هادی وجود داشته است [1]-[3]. بیشترین توجهات معطوف به خواص غیرخطی ناشی از حامل ها بوده است که این منجر به چرخش قطبش غیرخطی در SOA ها، خواه در طرح انتشار مشترک و خواه انتشار متقابل می شود...