光網(wǎng)絡(luò)中基于SOA非線性的全光信號處理技術(shù)研究.pdf

1、本論文的主要研究對象是光網(wǎng)絡(luò)中基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)非線性效應(yīng)的全光信號處理技術(shù)，包括全光波長變換技術(shù)、全光格式變換技術(shù)、全光邏輯NOR門和OR門技術(shù)。論文提出了實(shí)現(xiàn)四種技術(shù)的幾種新的方案，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，建立了相應(yīng)的理論模型，并進(jìn)行了仿真研究。采用這些方案實(shí)現(xiàn)的波長變換器、格式變換器、邏輯NOR門和OR門具有結(jié)構(gòu)簡單、可集成等優(yōu)點(diǎn)。 第一部分：半導(dǎo)體光放大器的非線性偏振特性及理論模型推導(dǎo)出了考慮半導(dǎo)體光放大器(SOA

2、)長度效應(yīng)的偏振相關(guān)的理論模型。在此理論模型基礎(chǔ)上，研究了SOA偏振相關(guān)的增益特性、相位特性、光譜特性和啁啾特性。 第二部分：基于SOA非線性的全光邏輯NOR和OR技術(shù)首次提出了由一個(gè)SOA和一個(gè)帶通濾波器組成的邏輯NOR門，該邏輯門利用了SOA的交叉相位調(diào)制(XPM)和藍(lán)移邊帶濾波兩種效應(yīng)(簡稱XPM-BF)。在40Gbit/s通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過增加一個(gè)偏振控制器和一個(gè)偏振分束器(即利用了NPR-BF方案)進(jìn)一步改善了X

3、PM-BF方案實(shí)現(xiàn)的邏輯NOR門的性能。 基于SOA的偏振相關(guān)的增益飽和模型，建立了XPM-BF、NPR-BF兩種方案實(shí)現(xiàn)邏輯NOR門的理論模型，仿真實(shí)現(xiàn)了兩種方案的邏輯NOR功能。對于XPM-BF機(jī)制實(shí)現(xiàn)的邏輯NOR門，通過數(shù)值模擬進(jìn)一步研究了一些參數(shù)對NOR邏輯門性能(消光比ER)的影響，這些參數(shù)包括：輸入數(shù)據(jù)信號功率、濾波器中心波長偏移量和帶寬、SOA的相位調(diào)制系數(shù)、輸入線偏振光的偏振角度；研究了在NPR-BF機(jī)制中，一些

4、參數(shù)對NOR邏輯門性能(消光比ER)的影響，這些參數(shù)包括：輸入數(shù)據(jù)信號功率、濾波器中心波長偏移量；對這兩種方案實(shí)現(xiàn)的邏輯門的性能進(jìn)行了簡單的比較。 首次提出了將SOA的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)與紅移濾波相結(jié)合(NPR-RF)實(shí)現(xiàn)邏輯OR門的方案，并在20Gbit/s進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 借助模擬研究，探討了在NPR-RF機(jī)制中，一些參數(shù)對OR邏輯門性能的消光比ER和Q因子的影響，這些參數(shù)包括：輸入數(shù)據(jù)信號功率、濾波器中心波長偏移量

5、；并對兩種方案(XPM-RF和NPR-RF)實(shí)現(xiàn)的邏輯門的性能進(jìn)行了簡單的比較。 第三部分：基于SOA非線性的全光波長變換技術(shù)和格式變換技術(shù)獨(dú)立提出了實(shí)現(xiàn)波長變換的一種新的方案，該方案將SOA的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和紅移邊帶濾波效應(yīng)(NPR-RF)相結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)上成功地實(shí)現(xiàn)了40Gbit/s的波長變換，波長上變換的范圍約17 nm；該方案能改進(jìn)通常的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)所實(shí)現(xiàn)的波長變換器的性能；在20 Gbit/s成功地同時(shí)實(shí)現(xiàn)了兩

6、波長變換的輸出。 運(yùn)用半導(dǎo)體光放大器偏振相關(guān)模型，建立了結(jié)合SOA中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)和紅移邊帶濾波兩種效應(yīng)的波長變換模型；基于瓊斯傳輸矩陣，仿真實(shí)現(xiàn)了波長變換功能；對該種波長變換器的性能進(jìn)行了數(shù)值研究，研究了一些參數(shù)對波長變換器性能(消光比ER)的影響，這些參數(shù)包括：濾波器中心波長偏移量、數(shù)據(jù)信號光功率。 利用SOA的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)(NPR)實(shí)現(xiàn)NRZ-to-RZ格式變換的方案；通過實(shí)驗(yàn)成功地實(shí)現(xiàn)了10Gbit/s的