基于四波混频效应的全光波长变换研究

发布时间：2017-06-11 15:10

  本文关键词：基于四波混频效应的全光波长变换研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全光波长变换技术(AOWC:All-Optical Wavelength Converter)是波分复用(WDM:Wavelength Division Multiplexing)光网络中的关键技术。通过波长变换,可以将信号从一个波长转换到另一个波长上,因而实现波长的动态分配、异种网络的互连、有效地解决网络中波长信道的堵塞问题、提高网络的灵活性和可靠性。四波混频(FWM:Four-Wave Mixing)效应是当前唯一能够实现严格比特率和调制格式透明的调制方式,并能对一组波分复用光网络中多个信号波长同时进行转换,并且可以实现高比特率的传输。因此,对它的研究和应用,引起了人们的广泛关注,基于半导体光放大器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)的波长变换技术已经成为当前研究的热点。现主要用仿真和模拟的方法研究基于SOA-FWM的全光波长转换技术,具体工作如下:首先,对AOWC技术的重要性和研究目的进行了详细讨论,阐述了国内外的研究现状及综合的分析了AOWC技术并对其进行了分类,根据不同波长转换技术的原理并分析其优势和劣势,重点分析了SOA-FWM全光波长转换技术。其次,重点介绍了SOA动态特性,并通过推导传输方程和载流子速率方程来研究它的非线性效应。在反向传输模式下,根据SOA的超快非线性效应分别对它的增益、相位及啁啾的超快动态特性进行了数值模拟与分析。分别讨论了SOA中带内效应载流子加热(CH:Carrier Heating)和光谱烧孔(SHB:Spectral Hole Burning)及带间效应载流子消耗(CD:Carrier Depletion)对SOA输出增益、相位和啁啾的影响。并同时分析了SOA有源区长度对增益动态特性的影响。结果表明:在SOA动态特性超快恢复过程中,CH对增益饱和的贡献较大,SHB对其贡献较小,CH效应可以产生约0.85rad的相移,而SHB效应对探测光相移的贡献很小,可以忽略不计。此外,利用有源区长度短的SOA更有利于实现高速全光波长变换。理论分析结果可以为基于SOA的超快全光信号处理提供理论指导。接着,在比特率为40Gbit/s时,对基于SOA四波混频效应全光波长变换的性能进行研究。用连续波光源注入到SOA中用于四波混频效应波长变换。着重对波长转换效率、消光比、Q因子、信噪比、误码率和转换后的信号功率等方面进行分析。研究了波长下行变换和波长上行变换,当波长转换间隔超过6nm的时候,波长转换效率和转换后的信号功率急剧下降,但波长下行变换要比波长上行变换效果要好,波长转换间隔超过25nm。仿真结果发现四波混频波长变换器的转换效率较低,为-0.7d B,消光比为10.2d B,Q值为10.5577,信噪比为28.8d B,最小误码率为1.68794×10-26。最后,本文基于SOA中FWM效应的功率与偏振相关特性,提出了一种新的全光波长变换方案,就是利用一个SOA实现两束信号光输入,两束变换光输出的全光波长变换方案。该方案主要是使用两束消光比(ER:Extinction Ratio)恶化的归零码(RZ:Return-Zero)作为输入信号光,利用SOA中的四波混频(FWM)效应,通过将两束独立的输入信号光,使其携带的传输信息分别复制到波长变换之后产生的不同频率的闲频光波上,这样新产生的闲频光波上就携带了原始信号光上的信息,从而达到了使用一个SOA实现两束信号光输入两束变换光输出的全光波长变换技术。初始输入的信号光消光比为4.8d B,波长变换之后的变换光消光比为10d B以上,在这个过程中,消光比得到了明显的提高,并且以比特率为10Gbit/s的归零码信号仿真验证了该方案的可行性。根据SOA-FWM效应的特性可知,由于FWM效应具有高比特速率传输的潜力,因此该案能够在40Gbit/s的速率下进行,这也是我们后续的一个主要研究工作。
【关键词】：全光波长转换 四波混频 半导体光放大器 转换效率
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1;TN911.7;TN722
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 全光波长转换器的研究目的和意义9-10
• 1.3 全光波长转换器的分类和研究进展10-14
• 1.3.1 光-电-光型波长转换技术10-11
• 1.3.2 基于SOA的全光波长转换技术11-13
• 1.3.3 基于激光器的全光波长转换技术13-14
• 1.3.4 基于光纤的全光波长转换技术14
• 1.3.5 其他类型的全光波长转换技术14
• 1.4 本论文的结构安排14-16
• 第二章 半导体光放大器中非线性效应及理论分析模型16-29
• 2.1 SOA中的基本方程16-22
• 2.1.1 基本传输方程16-19
• 2.1.2 载流子速率方程19
• 2.1.3 非线性极化过程理论描述19-22
• 2.2 SOA中的非线性效应22-25
• 2.2.1 常用三种非线性效应过程22-23
• 2.2.2 超快非线性效应过程23-25
• 2.3 在SOA反向传输方案下的动态特性分析25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 四波混频效应的基本理论29-38
• 3.1 四波混频的起源29-30
• 3.2 四波混频理论30-34
• 3.2.1 耦合振幅方程30-31
• 3.2.2 耦合振幅方程的近似解31-33
• 3.2.3 超快四波混频过程33-34
• 3.3 FWM的矢量理论34
• 3.4 基于四波混频效应的仿真研究34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 基于 40Gbit/s四波混频效应全光波长变换的性能研究38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 基于SOA-FWM的全光波长变换原理38-39
• 4.3 基于SOA-FWM的全光波长变换仿真39-40
• 4.4 基于SOA-FWM的全光波长变换结果分析40-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 基于单个SOA-FWM同时实现两个独立信号的波长转换45-52
• 5.1 引言45
• 5.2 基本原理45-49
• 5.3 仿真模拟与结果分析49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 主要结论与展望52-54
• 主要结论52-53
• 展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文59

  本文关键词：基于四波混频效应的全光波长变换研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：441881