基于SOA中非线性效应的全光码型转换研究

发布时间：2017-09-04 00:14

  本文关键词：基于SOA中非线性效应的全光码型转换研究

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【摘要】：本文从半导体光放大器(SOA)的基本理论出发,对基于SOA的全光码型转换方案进行了研究。首先根据SOA的基本理论方程,对光波在SOA中的传输特性进行了数值模拟。之后研究并分析了基于SOA和光学带通滤波器(OBPF)级联结构的全光非归零码(NRZ)和归零码(RZ)之间的码型转换。接着以马赫-增德尔干涉仪(MZI)结构为理论基础,构建了基于SOA-MZI结构的全光NRZ-OOK到RZ-BPSK的码型转换方案。最后利用SOA和DI实现了多通道NRZ到RZ转换。首先根据SOA载流子速率方程和光波在SOA内的传输方程,采用分段的方法对SOA传播特性进行了仿真。接着,在OptiSystem仿真平台上实现了基于SOA和OBPF级联结构的RZ到NRZ和NRZ到RZ码型转换。在RZ到NRZ码型转换中,主要利用的是SOA中的交叉相位调制效应(XPM)。为了获得更好的码型转换效果,OBPF的失谐量的选择十分关键,当失谐量为蓝移0.9-1nm时,得到的信号消光比(EXT)最大,约为19.4dB。在反相区附近,输出信号的消光比很小,但无论是在蓝移区域还是红移区域,并不是失谐量越大越好,选取合适的失谐量才能够获得较高的消光比。在NRZ到RZ码型转换中,主要利用的是四波混频效应(FWM),从输出结果可以看出,转换后的RZ信号的峰值有一定的抖动,因此该输出信号存在一定的非线性码型效应(NLP)。当控制信号脉冲脉宽为2ps时,NLP为1.19dB,当控制信号脉冲脉宽为8ps时,NLP的值为4.96dB,NLP效应随着脉宽的增大而增大。在相同消光比情况下,转换信号在时钟信号平均功率较高时易于得到更高的信噪比。因此在利用此方案进行码型转换时要综合考虑信噪比和消光比特性,选择合适的光功率。之后,本文根据SOA-MZI结构原理,构建了基于SOA-MZI结构的全光NRZ-OOK到RZ-BPSK的码型转换方案。并重点分析了辅助光注入功率对转换信号的影响。输出结果显示当辅助光功率较低时,输出的转换信号畸变较为严重,随着辅助光功率的增加,输出信号的质量逐渐好转,但增益有所下降。最后,本文构建了基于延时干涉仪(DI)和SOA的多通道NRZ到RZ码型转换方案,并着重从DI失谐量和时钟信号功率两个方面对输出结果进行了分析。结果表明当DI失谐量增加时,转换后RZ信号的脉宽逐渐减小。但DI失谐量不能够无限制增大,这是由于当失谐量过大时,会引入相邻信道的串扰,导致RZ信号波形劣化。时钟信号入射功率较小时,SOA中XGM效应较为强烈,使得输出信号受到增益调制而造成峰值抖动较大。随着时钟信号的入射功率增大,RZ信号的峰值抖动逐渐减小。
【关键词】：非线性光学 半导体光放大器 非线性效应 码型转换
【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】：TN722;TN713.5;TN911.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题背景与研究意义8-9
• 1.2 半导体光放大器在光信号处理方面的应用9
• 1.3 基于半导体光放大器的全光码型转换的研究现状9-10
• 1.4 论文的主要研究内容10-12
• 第二章 半导体光放大器的基本理论12-24
• 2.1 引言12
• 2.2 半导体光放大器12-19
• 2.2.1 半导体光放大器的结构和特点12-13
• 2.2.2 半导体光放大器中非线性效应13-14
• 2.2.3 半导体光放大器的基本理论方程14-16
• 2.2.4 数值模拟结果分析16-19
• 2.3 SOA中超快动态响应分析19-22
• 2.3.1 理论分析19-20
• 2.3.2 数值模拟结果及分析20-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 码型调制与半导体光放大器中的非线性效应24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 码型调制24-27
• 3.2.1 马赫-增德尔调制器24
• 3.2.2 归零码和非归零码的产生24-27
• 3.3 SOA中非线性效应27-33
• 3.3.1 交叉增益调制和交叉相位调制28-32
• 3.3.2 四波混频32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 基于SOA与OBPF级联结构的码型转换34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 基于SOA和OBPF级联结构的RZ到NRZ码型转换34-37
• 4.2.1 理论分析与模型搭建34-35
• 4.2.2 结论分析35-37
• 4.3 基于SOA和OBPF级联结构的NRZ到RZ码型转换37-41
• 4.3.1 理论分析与模型搭建37-38
• 4.3.2 结论分析38-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 基于MZI结构的码型转换42-51
• 5.1 引言42
• 5.2 基于SOA-MZI结构的全光NRZ-OOK到RZ-BPSK的码型转换42-46
• 5.2.1 SOA-MZI结构特点42-43
• 5.2.2 NRZ-OOK到RZ-BPSK的码型转换43-46
• 5.3 基于SOA和DI实现多通道NRZ到RZ转换46-49
• 5.3.1 DI结构特点46-47
• 5.3.2 多通道NRZ到RZ码型转换47-49
• 5.4 本章小结49-51
• 主要结论与展望51-53
• 主要结论51-53
• 展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文58

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本文编号：788192