基于光纖參量放大器的全光信號處理技術(shù)的研究.pdf

1、光信號處理是未來超高速超大容量超長距離（3U）光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的光-電-光的信號處理方式技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本昂貴，功耗高，對調(diào)制速率和調(diào)制格式不透明，光電轉(zhuǎn)換效率較低，受到電子處理速度瓶頸的限制等，無法滿足未來波分復(fù)用（WDM）光網(wǎng)絡(luò)超高速光信號處理的要求。全光信號處理技術(shù)具有飛秒量級的響應(yīng)時間，功耗低，對光信號的調(diào)制速率和調(diào)制格式透明，具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文主要研究了基于光纖參量放大器（FOPA）的全

2、光信號處理技術(shù)，包括寬帶低噪聲光放大，差分移相鍵控（DPSK）及正交移相鍵控（QPSK）信號的全光相位和幅度再生、全光波長轉(zhuǎn)換和組播技術(shù)，以及相位不敏感（PI）和相位敏感（PS）參量光開關(guān)，取得的主要的研究成果包括：
　　1）基于雙泵浦單模式相位敏感光纖參量放大器（PS-FOPA）的三波模型，推導(dǎo)了輸出光信號功率和相位的解析表達式，可以直觀顯示信號光的相位敏感增益特性和階梯型相位傳遞函數(shù)。為了研究高階四波混頻過程對信號光增益的影響

3、，建立了雙泵浦單模式PS-FOPA的七波模型，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)雙泵浦波長間隔變化時，高階四波混頻過程中信號光和高階閑頻光之間存在相互功率轉(zhuǎn)移，因此存在最優(yōu)的雙泵浦光波長間隔以獲得最高的信號光增益。進一步地優(yōu)化雙泵浦光波長間隔和輸入功率，信號光和高階閑頻光同時出現(xiàn)增益消光比（GER）反轉(zhuǎn)，可用于同時實現(xiàn)DPSK信號的全光相位再生和波長轉(zhuǎn)換功能。
　　2）通過七波模型研究了基于雙泵浦單模式PS-FOPA實現(xiàn)DPSK全光再生的波長組播功能。通

4、過優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)了一個波長到九個輸出波長的DPSK全光再生的波長組播，再生后的各組播信道的DPSK光信號Q因子提高了1.5dB以上，光信噪比（OSNR）代價降低了3dB。研究還發(fā)現(xiàn)雙泵浦單模式PS-FOPA中高階四波混頻邊帶的產(chǎn)生有助于降低泵浦光到信號光的強度調(diào)制噪聲轉(zhuǎn)移。
　　3）基于雙共軛泵浦簡并PS-FOPA實現(xiàn)了一個波長到三個輸出波長的全光QPSK相位再生的波長組播。組播信號的相位和輸入QPSK信號光相同，優(yōu)化輸入信號

5、光的相對相位和輸入泵浦光功率后，當(dāng)誤碼率（BER）為10-3時，相位再生的QPSK信號光、組播信號1（Copy1）和組播信號2（Copy2）的OSNR代價分別降低了0.8dB、1.3dB和1.3dB。
　　4）實驗測量了相位不敏感參量光開關(guān)的靜態(tài)響應(yīng)和動態(tài)響應(yīng)的消光比分別為24.5dB和18.8dB。使用單路徑實驗結(jié)構(gòu)測量了相位敏感參量光開關(guān)的靜態(tài)響應(yīng)消光比為18.97dB，使用雙路徑實驗結(jié)構(gòu)測量了相位敏感參量光開關(guān)的動態(tài)響應(yīng)消光

6、比為10.84dB。建立了相位不敏感和相位敏感參量光開關(guān)的數(shù)值仿真模型，仿真結(jié)果和實驗測量結(jié)果相符。
　　5）建立了考慮高非線性光纖（HNLF）縱向零色散波長漲落的參量光開關(guān)的數(shù)值仿真模型，研究了HNLF縱向零色散波長漲落對相位敏感參量光開關(guān)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，一般情況下縱向零色散波長漲落會降低相位敏感參量光開關(guān)的消光比，但是某些特定的縱向零色散波長分布反而有助于提升相位敏感參量光開關(guān)的消光比；縱向零色散波長漲落還會導(dǎo)致相位敏感參量