SEED理论及其在光交换中的应用.pdf

SEED理论是一种在全光网络中具有重要意义的光交换技术，其核心内容包括SEED器件的理论基础和在光交换领域的应用。SEED（Self-Electro-Optic Effect Devices）即自电光效应器件，是光通信技术中一种特殊的光电子器件，它能够利用光电效应将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号。 SEED理论的研究始于上世纪70年代，由米勒等人带领的项目组开始研究SEED。通过对SEED的材料结构、工作原理和基于扩散电导效应的超高速SEED研究，提出了许多设计方案。随着量子阱、多晶硅等半导体技术和微电子技术的发展，SEED的工艺制作逐渐成熟，基于S-SEED的光逻辑器件在实验中也得到了验证。 SEED器件的基础原理是量子限制Stark效应（QCSE）。QCSE是一种在垂直于量子阱层的电场作用下，电子和空穴波函数发生移动，导致吸收边附近光学特性改变的效应。在QCSE的作用下，SEED器件的吸收光谱会随着外加电场的改变而变化，因此可以通过控制外加电场来调节SEED器件的光学特性，从而实现光开关的功能。 SEED器件通常采用P-I-N结构，器件工作时施加反向偏压，并让光垂直入射器件。器件中的I区是由多量子阱构成，这些量子阱的材料一般为GaAs、AlGaAs、InGaAs/GaAs或InGaAs/InP等半导体材料，其工作波长覆盖了850nm、980nm和1550nm等关键通信波长。入射光被器件吸收后，会产生光生载流子（电子和空穴），这些载流子在量子阱内逃逸并在外加电场的作用下分别被吸引到n区和p区，从而形成自建电场，该自建电场与外加电场方向相反，对入射光的吸收产生影响。SEED器件的工作状态可以通过外加电场的变化以及第二束控制光的输入来控制。 由于SEED器件的开关时间在皮秒（ps）量级，交换能量在皮焦（pJ）量级，其性能十分优异，这使得SEED器件在全光通信网络建设中具有巨大的应用潜力。SEED器件不仅可以作为光开关，还能构成光逻辑阵列和光存储器等，在全光网络的光交叉连接设备（OXC）和光分插复用设备（OADM）中发挥关键作用。随着光通信技术的发展，SEED器件的高性能和良好的特性使得其在未来全光通信中将扮演极其重要的角色。 SEED理论的发展历程展示了光电集成技术与光通信技术结合的趋势。SEED的出现，不仅促进了光通信设备性能的提升，还推动了光电子器件研究的深入。未来，随着SEED技术的进一步成熟和应用拓展，我们有望看到更加高效、智能的全光通信网络的实现。