基于MATLAB的半导体光放大器（SOA）多物理场耦合仿真平台

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了半导体光放大器的多物理场耦合仿真，精确模拟载流子速率与光子传输方程的动态交互。支持分析不同注入电流、输入光功率及温度下SOA的性能特性，为光电器件设计提供可靠数值工具。

详 情 说 明

半导体光放大器（SOA）多物理场耦合仿真平台

项目介绍

本项目是一个专业的半导体光放大器（SOA）多物理场耦合数值仿真平台。基于半导体物理和光电子学原理，通过求解耦合偏微分方程组，实现了对SOA动态特性的完整模拟。平台采用先进的数值计算方法，能够准确分析SOA在不同操作条件下的增益特性、动态响应和非线性效应，为光通信器件设计和系统优化提供可靠的理论工具。

功能特性

• 核心物理过程仿真：完整模拟载流子速率方程与光子传输方程的耦合过程
• 多参数条件分析：支持不同注入电流、输入光功率及温度条件下的性能分析
• 动态特性研究：可仿真小信号调制响应与非线性效应（交叉增益调制、四波混频）
• 全面可视化输出：提供增益谱、相移、噪声指数等关键参数随波长/时间的变化图表
• 高性能数值计算：采用有限差分法求解偏微分方程，牛顿-拉夫逊迭代法处理非线性边界条件，结合矩阵运算优化与稀疏矩阵存储技术

使用方法

输入参数配置

1. 结构参数：设置SOA有源区长度、宽度、厚度（单位：µm）和端面反射率
2. 材料参数：配置载流子寿命、微分增益系数、线性损耗系数、自发辐射因子
3. 操作条件：指定注入电流（mA）、输入光波长（nm）、光功率（dBm）、温度（K）
4. 仿真配置：调整时间步长、空间网格数、收敛容差等数值计算参数

运行仿真

执行主程序后，系统将自动进行多物理场耦合计算，并生成相应的数值结果和可视化图表。

输出结果

• 数值数据：增益（dB）、相位变化（rad）、输出光功率（dBm）随时间/波长的数据矩阵
• 分析图表：

- 增益-电流特性曲线 - 动态响应波形（如脉冲放大过程） - 频谱特性图（增益谱、噪声指数谱）

• 性能报告：饱和输出功率、3dB带宽、非线性阈值等关键指标统计表

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11，Linux发行版，macOS
• 软件环境：MATLAB R2020a或更高版本
• 硬件配置：建议8GB以上内存，多核处理器以获得最佳计算性能
• 依赖工具包：MATLAB核心功能，无需额外工具箱

文件说明

主程序文件整合了SOA仿真的完整流程，涵盖了模型初始化、参数设置、核心算法执行以及结果后处理等关键环节。具体实现了对载流子浓度和光场强度耦合方程的数值求解，通过牛顿迭代确保非线性边值问题的收敛性，并采用优化的矩阵计算方法提升运算效率。同时负责生成包括时域响应、频谱特性和性能参数在内的多维度分析结果，并自动创建相应的可视化图表和数据报告。