光信號非線性調控及高速傳輸技術研究.pdf

1、光纖技術以損耗低、重量輕、體積小、帶寬大和抗電磁干擾等優(yōu)勢成為骨干網和接入網的重要傳輸方案。隨著人們對信息傳輸速率和帶寬需求的日益增加，400-Gbit/s乃至1-Tbit/s高速光通信技術也日顯重要。另一方面隨著傳輸速率和容量的提升，光信號更容易受到各種失真的影響，如色散和非線性等，因此，信號調控和高速傳輸技術成為下一代光通信網絡的關鍵。其中信號調控技術包括信號產生、處理、濾波和失真補償等，高速傳輸技術則包括波分復用、時分復用、偏振復

2、用等。本論文圍繞光信號的非線性調控和高速傳輸技術展開研究，重點探索基于非線性的超快全光信號處理方案、微波光子信號失真補償方案和多偏振態(tài)復用高速傳輸方案，為增強下一代光傳輸網絡的可重構性、提高系統容量和性能提供潛在的技術手段。
　　本論文從理論分析與實驗研究入手，主要內容包括以下幾個方面:首先通過分析光纖中線性和非線性相關效應的機理，得到了一個較為完整的微波光子鏈路頻率響應特性表達式;其次基于光纖非線性效應提出并實驗驗證了三種全光信

3、號處理方案，包括相位敏感放大、波長組播和光信噪比監(jiān)控技術;接著圍繞微波光子信號調控重點研究了色散補償和非線性失真補償技術;最后探索了不同系統中的多偏振態(tài)復用高速傳輸方案。具體相關工作的詳細描述如下:
　　(1)基于耦合模方程和小信號分析，得到一個解釋微波光子信號傳輸系統頻率響應特性的簡化表達式。該表達式涵蓋了色度色散、偏振模色散和光纖非線性效應，減少了模擬信號傳輸仿真的計算量。同時，通過對噪聲指數和無雜散動態(tài)范圍的研究，探索了非線

4、性色散鏈路中的信號傳輸理論極限，表明信號質量隨著傳輸頻率的變化呈現不一致性。
　　(2)基于光纖非線性效應，構建了相位敏感放大、波長組播和光信噪比監(jiān)控三種網絡功能子單元，為解決當前通信網絡節(jié)點的帶寬限制和信號處理實時性問題提供新方法。內容包括:1）仿真研究了基于非簡并四波混頻的相位敏感放大器，實現了BPSK和QPSK信號的相位再生;2）實驗研究了基于級聯四波混頻的波長組播，實現了1到9的DPSK信號無誤碼組播;3）實驗研究了基于高

5、階四波混頻的光信噪比監(jiān)控，利用高階四波混頻分量的功率變化特點來表征光信噪比，在偏振復用系統中實現兩路信號光信噪比的同時監(jiān)控，監(jiān)控范圍大于10-dB。
　　(3)針對微波光子信號調控，提出了多種色散和非線性失真補償方案，提高了微波光子系統無雜散動態(tài)范圍(Spuring Free Dynamic Range: SFDR)。具體內容包括:1)基于預失真技術的單頻色散補償方案，通過簡單地調節(jié)輸入馬赫增德爾調制器的RF信號相位差和偏置電壓既

6、可實現色散補償;2）基于偏振效應的單頻色散補償方案，通過調節(jié)輸入相位調制器的信號偏振態(tài)，當達到某一特定值時色散效應得到補償。該方案避免了調制器偏置電壓漂移問題，鏈路動態(tài)范圍提高了12-dB;3）基于偏振分集結構的寬帶色散補償方案，通過構造兩個傳輸特性互補的鏈路，實現了寬頻譜和多頻率的色散同時補償，鏈路動態(tài)范圍可提高12-dB，信號誤差向量幅度降至5％;4）基于DSP的非線性補償技術，僅需要信號頻率和帶寬信息就可以通過模擬信號反向傳輸過程

7、實現自適應的非線性失真補償，鏈路動態(tài)范圍可提高到126-dB·Hz4/5;5）基于偏振效應的非線性補償方案，通過調節(jié)進入相位調制器的偏振態(tài)實現了非線性失真和色散的同時補償，傳輸40-km后動態(tài)范圍仍可達到110-dB·Hz4/5。
　　(4)基于相干接收技術和數字信號處理技術，提出了三種新型多偏振態(tài)復用信號高速傳輸方案，為進一步提高通信系統的頻譜效率提供新思路。具體內容包括:1）探索了傳輸四偏振態(tài)強度調制信號的可行性，討論了偏振模

8、色散對四偏振態(tài)系統的影響，仿真實現了40Gbit/s四偏振態(tài)OOK信號80-km傳輸，為短距離光接入網提供了新的組網方案;2）探討了四偏振態(tài)光載無線信號(4PM-RoF)復用和解調方案，仿真實現了標準單模光纖中60-km傳輸，提高了微波光子信號傳輸系統的頻譜效率;3）探索并實驗驗證了四偏振態(tài)差分二進制相位調制信號(4PM-DPSK)的傳輸可行性，實現了速率為100-Gbit/s的4PM-DPSK信號150-km傳輸，為提高長距離骨干網傳