偏振復(fù)用光纖通信系統(tǒng)及微結(jié)構(gòu)光纖器件的相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、本論文的工作是圍繞以下項(xiàng)目展開的：以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目“新一代通信光電子集成器件及光纖的重要工藝創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314900)：教育部科學(xué)技術(shù)重大研究項(xiàng)目“基于微結(jié)構(gòu)光纖的新一代光通信器件及系統(tǒng)”(項(xiàng)目編號(hào)：104046)，國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“單結(jié)構(gòu)與多結(jié)構(gòu)集成式光子晶體光纖及器件”(項(xiàng)目編號(hào)：2003AA311010)，863計(jì)劃項(xiàng)目“光子晶

2、體光纖及器件的研制與開發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)：2007AA032447)，以及國(guó)家留學(xué)基金委資助項(xiàng)目(學(xué)號(hào)：2007U48018)。 本論文主要對(duì)偏振復(fù)用光纖通信系統(tǒng)的傳輸特性以及基于微結(jié)構(gòu)光纖的光通信器件進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、對(duì)于采用光域偏振解復(fù)用技術(shù)的偏振復(fù)用直接檢測(cè)系統(tǒng)，研究了偏振模色散和偏振相關(guān)損耗對(duì)系統(tǒng)性能的影響。研究結(jié)果表明：偏振模色散的影響大小很大程度上由兩個(gè)偏振態(tài)上信號(hào)的相對(duì)時(shí)延與

3、信號(hào)的頻譜帶寬決定，而偏振相關(guān)損耗的影響大小與相對(duì)時(shí)延和頻譜帶寬的相關(guān)度很??；通過采用恰當(dāng)?shù)钠窠鈴?fù)用設(shè)置，偏振相關(guān)損耗引起的兩個(gè)偏振態(tài)之間的信號(hào)串?dāng)_可以被完全消除；同時(shí)，還研究了偏振模色散和偏振相關(guān)損耗的綜合效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中偏振模色散和偏振相關(guān)損耗交替發(fā)生作用時(shí)，各自引起的串?dāng)_并無相互增強(qiáng)的效應(yīng)。這些結(jié)論對(duì)偏振復(fù)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與性能評(píng)估具有重要意義。 2、針對(duì)偏振復(fù)用直接檢測(cè)系統(tǒng)，提出了一種新型的全自動(dòng)光域偏振解復(fù)用技術(shù)，該技術(shù)

4、使用系統(tǒng)接收端的一個(gè)低頻電功率探測(cè)器輸出的幅度信號(hào)作為控制信號(hào)。該技術(shù)基于偏振復(fù)用信號(hào)的固有特性，因此不需要在信號(hào)發(fā)送端再附加額外的標(biāo)識(shí)信號(hào)。該技術(shù)的有效性在2×10 Gb/s的開關(guān)鍵控偏振復(fù)用系統(tǒng)上得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 3、提出并驗(yàn)證了一種簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的光纖Kerr非線性系數(shù)測(cè)量方法。該方法基于光信號(hào)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)，而這種旋轉(zhuǎn)源于兩個(gè)同時(shí)在光纖中傳播的光波之間的交叉相位調(diào)制效應(yīng)。利用該測(cè)量方法分別測(cè)量了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖與TrueWav

5、eTM Reduced Slope光纖的Kerr非線性系數(shù)，與已報(bào)道的測(cè)量結(jié)果吻合得很好。 4、與他人合作，研究了非線性偏振散射對(duì)偏振復(fù)用-波分復(fù)用系統(tǒng)的影響。分別實(shí)驗(yàn)研究了10-Gbaud的差分四相相位鍵控、差分二進(jìn)制相位鍵控、開關(guān)鍵控的偏振復(fù)用-波分復(fù)用系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過采用兩個(gè)偏振方向上的歸零信號(hào)時(shí)域間插的方式，可以顯著抑制非線性偏振散射，從而提高偏振復(fù)用-波分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道間的非線性效應(yīng)的容限。 5、提出了

6、一種用于寬帶色散補(bǔ)償?shù)奈⒔Y(jié)構(gòu)光纖的設(shè)計(jì)方案。該光纖具有三角對(duì)稱的周期性空氣孔結(jié)構(gòu)，空氣孔直徑有三種尺寸；仿真計(jì)算結(jié)果表明，這種微結(jié)構(gòu)光纖可以在以1550nm為中心的100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，補(bǔ)償其自身長(zhǎng)度98倍的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的色散，色散補(bǔ)償率偏離度在0.5％之內(nèi)；同時(shí)，以當(dāng)前的微結(jié)構(gòu)光纖拉制工藝水平為參考，拉制過程中空氣孔直徑正常的不規(guī)則性對(duì)這種微結(jié)構(gòu)光纖的寬帶色散補(bǔ)償能力影響很小。 6、利用光信號(hào)在一段80m長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)光纖中的交叉

7、相位調(diào)制效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)10GHz時(shí)鐘信號(hào)的全光波長(zhǎng)變換，變換帶寬超過30nm。該實(shí)驗(yàn)所使用的微結(jié)構(gòu)光纖非線性系數(shù)約為11W-1km-1，其在1530到1570nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有很小的正常色散和平坦的色散曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用這種微結(jié)構(gòu)光纖可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的寬帶波長(zhǎng)變換器。 7、與他人合作，基于四波混頻原理，利用一段30m長(zhǎng)、在超過100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有平坦的低值正色散特性的微結(jié)構(gòu)光纖實(shí)現(xiàn)了對(duì)10-Gb/s光信號(hào)的波長(zhǎng)變換。在

8、以1550nm為中心的20nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均轉(zhuǎn)換效率為-19.5dB，轉(zhuǎn)換效率的起伏在±1.4dB之內(nèi)；波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)眼圖具有良好的睜眼度。 8、與他人合作，以鎖模半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的1.6ps脈沖作為泵浦源，以一段80m的色散平坦高非線性微結(jié)構(gòu)光纖作為非線性介質(zhì)，在1.55μm波長(zhǎng)區(qū)域產(chǎn)生了譜寬超過100nm的平坦超連續(xù)譜。實(shí)驗(yàn)中獲得的寬帶、平坦超連續(xù)譜在1503nm到1593nm寬達(dá)90nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有±2.5dB的平

9、坦度。 9、實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種基于微結(jié)構(gòu)光纖的光纖環(huán)激光器。通過微調(diào)控制信號(hào)的頻率，激光器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的鎖模狀態(tài)，在C波段獲得了重復(fù)頻率為10GHz、寬度小于8ps的相干光脈沖輸出。在該激光器中，采用了摻鉺光纖放大器作為腔內(nèi)增益介質(zhì)，并使用了一段25m長(zhǎng)、具有反常色散、高非線性的微結(jié)構(gòu)光纖作為脈沖壓縮介質(zhì)。通過調(diào)整腔內(nèi)的帶通濾波器中心頻率可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作波長(zhǎng)的連續(xù)調(diào)諧，因此該激光器可作為波分復(fù)用系統(tǒng)的可調(diào)諧光源。 10、與他人合