基于半導(dǎo)體光放大器的全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、全光信號(hào)處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)未來(lái)高速、大容量、高可信型全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在。近年來(lái)，半導(dǎo)體光放大器（SOA）以其體積小、功耗低、易于與其他光學(xué)器件集成等優(yōu)勢(shì)成為全光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理技術(shù)的關(guān)鍵器件之一。本論文主要基于SOA的兩種非線性效應(yīng)，非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）效應(yīng)和交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)，對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。主要研究了全光波長(zhǎng)變換，全光2R再生，全光開(kāi)關(guān)鍵控-偏振位移鍵控（OOK-PolSK）碼型轉(zhuǎn)換，全光頻率上變換

2、，全光可調(diào)諧梳狀濾波，同時(shí)多波道時(shí)分復(fù)用（OTDM）解復(fù)用技術(shù)等。
　　 論文首次提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于SOA-NPR效應(yīng)的偏振不靈敏的全光2R再生和同時(shí)正、反相波長(zhǎng)變換技術(shù)。首先研究了線偏振態(tài)保持模式下，偏振不靈敏SOA的輸出偏振態(tài)與探測(cè)光功率、泵浦光功率、偏置電流、泵浦光偏振態(tài)以及波長(zhǎng)等參量的變化關(guān)系。計(jì)算得到了泵浦光輸入SOA引起NPR效應(yīng)時(shí)，適合進(jìn)行2R再生的階梯狀（Step-Like）非線性功率傳輸函數(shù)。其次，實(shí)驗(yàn)中首次

3、實(shí)現(xiàn)了僅在一支偏振分束器（PBS）兩端口同時(shí)得到兩路正、反相波長(zhǎng)變換信號(hào)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且輸出信號(hào)伴有2R再生效果。實(shí)驗(yàn)中，一方面測(cè)量了PBS兩端口的偏振開(kāi)關(guān)現(xiàn)象，證明了通過(guò)合理的調(diào)整泵浦光雙電平的功率，單支PBS就能夠同時(shí)輸出兩路正、反相的信號(hào)；另一方面，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了輸入、輸出10Gb/s信號(hào)的時(shí)域波形圖、光譜圖、以及誤碼率（BER）值。與背對(duì)背的傳輸相比，BER為10-9時(shí)，加載ASE噪聲后的信號(hào)功率代價(jià)為1.8dB，但是經(jīng)過(guò)SOA-N

4、PR效應(yīng)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)功率代價(jià)有所減小，反相信號(hào)的功率代價(jià)降低了1.2dB，正相信號(hào)降低了0.8dB，證明了同時(shí)輸出的正、反相兩路信號(hào)得到了再生。該技術(shù)具有偏振不敏感，同時(shí)正、反相輸出、信號(hào)可再生、且可應(yīng)用于整個(gè)C波段的特點(diǎn)。
　　 論文首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于SOA-NPR效應(yīng)中線偏振態(tài)保持模式下的全光OOK-PolSK碼型轉(zhuǎn)換與波長(zhǎng)變換技術(shù)。應(yīng)用兩支SOA級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，消除了交叉增益調(diào)制（XGM）對(duì)輸出功率波動(dòng)的影響，相比采用單支S

5、OA，功率波動(dòng)由10dB以上降低至小于0.6dB，得到了功率均衡的輸出信號(hào)，利用NPR效應(yīng)完成了強(qiáng)度信息到偏振信息的轉(zhuǎn)換。再經(jīng)過(guò)起偏器進(jìn)行偏振到強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換，得到的兩路正、反相信號(hào)消光比（ER）大于30dB。該技術(shù)具有可處理偏振調(diào)制碼型，以及整個(gè)C波段應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
　　 論文首次提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于SOA-NPR效應(yīng)的波長(zhǎng)與波長(zhǎng)間隔均可調(diào)的Lyot雙折射梳狀濾波器。該濾波器由兩片偏振片夾著光纖型差分群時(shí)延線（DGDL）和一個(gè)SOA

6、構(gòu)成，具有波長(zhǎng)及波長(zhǎng)間隔均可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)諧的功能。濾波器的波長(zhǎng)間隔或自由光譜范圍（FSR）可通過(guò)調(diào)整可編程DGDL進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為250μs，調(diào)節(jié)范圍為±45ps。濾波器中心波長(zhǎng)的調(diào)諧是基于SOA-NPR效應(yīng)完成的。我們首次提出一種基于SOA-NPR效應(yīng)的光控相位差連續(xù)可調(diào)技術(shù)，這種技術(shù)使用注入SOA的光束強(qiáng)度來(lái)控制SOA在產(chǎn)生NPR效應(yīng)過(guò)程中，輸入探測(cè)光TE和TM分量之間的相位差。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)輸入光強(qiáng)從-10dBm到17dBm變化

7、時(shí)，所產(chǎn)生的相位差從O到π具有連續(xù)可調(diào)的特性。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變輸入SOA泵浦光的功率值，從而實(shí)現(xiàn)了Lyot雙折射梳狀濾波器快速而連續(xù)的中心波長(zhǎng)調(diào)諧。在不同的濾波器波長(zhǎng)間隔條件下，當(dāng)泵浦光從-10dBm到17dBm變化時(shí)，該可調(diào)濾波器的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍均能達(dá)到波長(zhǎng)間隔或FSR的50％。
　　 論文首次提出并且實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于SOA-XPM效應(yīng)的新型可級(jí)聯(lián)全光串并變換技術(shù)，并將其應(yīng)用到同時(shí)多波道OTDM解復(fù)用技術(shù)中。在泵浦-探測(cè)模式下

8、，將復(fù)用信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)，速率減半的時(shí)鐘信號(hào)作為泵浦信號(hào)將同時(shí)注入SOA中?；赬PM效應(yīng)，泵浦時(shí)鐘的上沿將對(duì)探測(cè)信號(hào)調(diào)制一個(gè)負(fù)啁啾，相應(yīng)的光譜將會(huì)產(chǎn)生紅移；而泵浦時(shí)鐘的下沿將對(duì)探測(cè)信號(hào)調(diào)制一個(gè)正啁啾，相應(yīng)的光譜將會(huì)產(chǎn)生藍(lán)移。因此，探測(cè)信號(hào)的兩個(gè)信道能夠通過(guò)XPM效應(yīng)從光譜上分隔開(kāi)來(lái)，再使用一個(gè)同時(shí)能將兩個(gè)信道濾出的濾波器，就能夠完成1:2解復(fù)用。對(duì)于20Gb/s OTDM信號(hào)進(jìn)行了解復(fù)用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用陣列波導(dǎo)光柵（AWG）同時(shí)對(duì)稱(chēng)的