全光通信網(wǎng)中若干關鍵光器件的研究與應用.pdf

1、全光通信網(wǎng)傳輸速率的不斷提高對網(wǎng)絡節(jié)點提出了更高的要求。因此,能夠支持網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)具有透明性、可擴展性和可重構性功能的光器件與相關技術受到了研究者的廣泛關注。集成半導體環(huán)腔激光器具有可集成、低功耗等優(yōu)點和獨特的非線性特性,是實現(xiàn)全光網(wǎng)節(jié)點關鍵功能的新型光器件。目前在國內外,SRLs在全光網(wǎng)絡中的應用研究都還處于起步階段,許多新特性及其應用的研究亟待拓展。本論文結合歐盟框架計劃下信息科學領域方向的IOLOS項目(FP6-2005-IST-

2、5)"Integrated Optical Logic and Memory using Ultra-fast Micro-ringBistable Semiconductor Lasers",以及國家863項目“160Gb/s—泵多纖光傳輸技術的研究”和“全光波長交換關鍵技術”,對應用于全光網(wǎng)絡的集成半導體環(huán)腔激光器(SRLs)、光時分復用(OTDM)時鐘提取與解復用器、以及支持光層組播的光交叉連接(OXC)設備等關鍵光器件進行了深入

3、研究,獲得了以下創(chuàng)新性成果:
　　 1.深入分析了SRLs中獨特的注入鎖定下的腔內增強型四波混頻(CE-FWM)特性。提出了改進型注入鎖定實驗配置方式,使SRLs能夠在10nm的波長范圍中實現(xiàn)20個諧振波長的任意鎖定,大大提高了注入鎖定的穩(wěn)定性和靈活性。系統(tǒng)給出了多階共軛光功率與注入信號光的功率、與鎖定主模之間的波長間隔、與諧振腔之間的波長失諧量之間的關系。并在此基礎上,首次探討了四波混頻(FWM)效率在SRLs中高于半導體光放

4、大器(SOA)及法布里-珀羅(FP)激光器的深層物理原因,有效解釋了SRLs中CE-FWM特有的多階共軛光產(chǎn)生的原因。
　　 2.首次建立了適用于分析集成半導體環(huán)腔激光器注入鎖定下CE-FWM特性的多模速率方程理論模型,并驗證了理論模型的有效性。該模型突破了傳統(tǒng)雙模速率方程模型的限制,將能拓展用于分析集成半導體環(huán)腔激光器中外注入下的各種多模耦合現(xiàn)象?；谠撃Ｐ?分析了多階共軛光的幅度與相位關系,提出了利用偶數(shù)階共軛光的相位信息“

5、擦除”特性,可以實現(xiàn)相位調制碼型(CSRZ、DPSK和MD-RZ)到非相位碼型(RZ)轉換的方案。
　　 3.首次提出利用集成半導體環(huán)腔激光器中的注入鎖定與CE-FWM特性實現(xiàn)新型的光層組播方案,并成功實現(xiàn)了2.5Gb/s一到多的波長轉換與數(shù)據(jù)分發(fā)。該光層組播方案具有消光比高,性能穩(wěn)定,波長和組播數(shù)量可配置的優(yōu)點;且在一到七信道的組播中,僅需兩個激光源,避免了傳統(tǒng)方法中1:N組播需要N個泵浦源引起的成本過高問題。在此基礎上,分別

6、實現(xiàn)了基于SRLs的注入鎖定和CE-FWM的2.5Gb/s光信號的“與”和“異或”邏輯門,以及4Gb/s光生毫米波方案。這些全新的應用成果拓展了集成SRLs在全光網(wǎng)中的應用。
　　 4.提出了一種基于級聯(lián)電吸收調制器的光電反饋環(huán),實現(xiàn)了OTDM時鐘提取與解復用。該結構能夠在OTDM信號單次通過的情況下同時完成時鐘提取與解復用,且性能穩(wěn)定,時鐘抖動均方根(RMS)在反饋鎖定工作下由2.4ps降至338fs。實現(xiàn)了80Gb/s、16

7、0Gb/s速率下100km的傳輸及傳輸后無誤碼的時鐘提取與解復用,功率代價在1×10-9時分別為1.5dB與3dB。實驗和理論研究了光學非對稱解復用器(TOAD)在80Gb/s OTDM實驗系統(tǒng)中的解復用性能,探討了TOAD制作的關鍵參數(shù),并解釋了實驗中觀察到的幅度抖動、串擾及基底噪聲等現(xiàn)象的成因。
　　 5.在“新型分布式波分纖分光路交換網(wǎng)”的基本構思與網(wǎng)絡架構下,提出了利用改進型DaC(Drop and Continue)元