相敏放大及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著光纖與摻鉺光纖放大器的問世及商業(yè)化，光纖通信系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展。在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處，基于非線性效應(yīng)的全光信號處理可以避免光/電/光轉(zhuǎn)換帶來的高成本及系統(tǒng)復雜度，提高通信系統(tǒng)容量并降低系統(tǒng)功耗，對大數(shù)據(jù)時代信息的傳輸及交換有著重大的意義。相敏放大（PSA）作為重要的非線性效應(yīng)被廣泛用于全光信號處理中。
　　本論文以通用PSA理論為原型，建立了針對多介質(zhì)、多維度全場的PSA理論模型。以這些理論模型為基礎(chǔ)，指導設(shè)計非線性器件并優(yōu)化器件

2、輸入條件，提出并實現(xiàn)了基于PSA的多種全光信號處理功能，包括相位再生、邏輯門及調(diào)制格式轉(zhuǎn)換。全文的主要研究內(nèi)容可以概括如下：
　　（1）全面研究了PSA理論。從波動方程出發(fā)，推導了通用PSA理論模型及模型近似解析解。根據(jù)無源及有源非線性器件的特性，完善得到了多種介質(zhì)的PSA理論模型。將通用PSA理論延伸至多維復用系統(tǒng)中，拓展建立了針對波長、偏振及模式維度的全場PSA理論模型。
　　（2）深入研究了基于PSA的相移鍵控（PSK

3、）信號相位再生。模擬分析并證實了基于高非線性光纖（HNLF）中標量雙泵非簡并PSA的單信道差分相移鍵控（DPSK）及正交相移鍵控（QPSK）信號相位再生，通過優(yōu)化器件參數(shù)及輸入條件，得到了良好的相位再生性能。首次提出并模擬證實了基于HNLF中矢量雙泵非簡并PSA的PDM信號相位再生方案，通過優(yōu)化輸入條件，實現(xiàn)了偏分復用（PDM）DPSK及QPSK信號的無串擾相位再生，并分析了方案的相位噪聲容忍度。首次提出并模擬證實了基于多模硅波導中模內(nèi)

4、雙泵簡并PSA的模分復用（MDM）信號相位再生方案，通過優(yōu)化器件尺寸及輸入條件，實現(xiàn)了雙模DPSK信號的低串擾相位再生，并分析了方案的相位噪聲容忍度。提出并模擬證實了基于HNLF中標量雙泵非簡并PSA的波分復用（WDM）信號相位再生，通過優(yōu)化輸入條件，得到了良好的相位再生性能。
　?。?）理論及實驗研究了基于PSA的全光邏輯門。提出并實驗證實了基于單模硅波導中單級四波混頻的非線性干涉廣播方案，通過優(yōu)化波導尺寸及輸入條件，實驗實現(xiàn)了

5、干涉結(jié)果的1×4波長廣播，進一步地，模擬實現(xiàn)了基于非線性干涉廣播的開關(guān)鍵控（OOK）及二進制相移鍵控（BPSK）兩種調(diào)制格式的邏輯異或門廣播。提出并模擬實現(xiàn)了基于HNLF中單泵非簡并PSA的OOK格式邏輯非門，通過優(yōu)化輸入條件，在2個波長位置得到了OOK格式的邏輯非門結(jié)果。
　　（4）對基于PSA的調(diào)制格式轉(zhuǎn)換進行了研究。提出了基于單泵非簡并PSA的BPSK到傳統(tǒng)OOK的調(diào)制格式轉(zhuǎn)換方案，通過優(yōu)化器件參數(shù)及輸入條件，實驗實現(xiàn)了基于