基于半導體光放大器的全光波長變換.pdf

1、在光纖通信系統(tǒng)中,全光波長轉(zhuǎn)換是波分復(fù)用的一項關(guān)鍵技術(shù),它提供了波長路由和波長再利用功能,不但有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源(光纖、節(jié)點波長),降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率,而且可以簡化網(wǎng)絡(luò)管理并降低網(wǎng)絡(luò)互連的復(fù)雜度。相對于傳統(tǒng)的光/電/光(O/E/O)波長轉(zhuǎn)換方式,全光波長轉(zhuǎn)換在光域上直接進行光信號的波長轉(zhuǎn)換,易于實現(xiàn)高速光信號的的波長轉(zhuǎn)換,并大大降低系統(tǒng)反復(fù)光電轉(zhuǎn)換帶來的系統(tǒng)復(fù)雜度與能耗。實現(xiàn)全光波長轉(zhuǎn)換的一個關(guān)鍵因素是采用高非線性光學效應(yīng)的器件。半導體光

2、放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)因為具備體積小、可集成、功耗低、工作波長范圍寬以及較高的非線性光纖效應(yīng)等優(yōu)點,十分適合用來實現(xiàn)全光波長轉(zhuǎn)換器等功能,故成為近年來該領(lǐng)域研究的熱點。
　　本文將圍繞基于半導體光放大器的全光波長轉(zhuǎn)換進行理論與實驗研究,具體工作如下:
　　(1)研究SOA的時域模型,從時域上分析了NRZ信號的SOA-MZI波長轉(zhuǎn)換器。提出了針對NRZ信號,基于SOA-

3、MZI的波長轉(zhuǎn)換和光邏輯異或門(XOR)的新結(jié)構(gòu)。通過采用信號光的反相信號,用于補償SOA的碼型效應(yīng),以提升NRZ信號波長轉(zhuǎn)換和邏輯異或的速率。仿真結(jié)果顯示,這兩種新的方案可以有效地減少輸出信號的“1”與“0”之間的過渡時間,降低脈沖展寬的影響,將上述波長轉(zhuǎn)換和光邏輯異或兩種器件的工作速率提高到了40Gb/s。仿真結(jié)果表明,采用該方法的輸出光具有較高的信號質(zhì)量,其品質(zhì)因子Q均大于6。
　　(2)建立了一個SOA的頻域模型,并用此頻

4、域模型理論分析了基于SOA的加速開關(guān)工作原理與工作頻率帶寬。該模型采用小信號分析理論變換了SOA的載流子速率方程和行波方程,在傅里葉變換后得到SOA光功率和相位的頻域方程,進而得到SOA器件的頻率響應(yīng)特性,即器件的傳遞函數(shù)。在此頻率模型的基礎(chǔ)上,仿真模擬了傳遞函數(shù)曲線,并分析了SOA增益、延遲干涉儀的相移等參數(shù)對傳遞函數(shù)曲線的影響。針對基于SOA的三種加速開關(guān)結(jié)構(gòu),我們詳細地推導了其傳遞函數(shù),并作了對比,結(jié)果與實驗結(jié)果吻合。通過優(yōu)化器件

5、參數(shù)與結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了加速開關(guān)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)與性能。最后,我們還分析了多個SOA級聯(lián)時的開關(guān)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
　　(3)進行了SOA-MZI型的波長轉(zhuǎn)換器的實驗研究,包括SOA-MZI中單個非線性SOA的交叉增益調(diào)制(XGM)特性的實驗,SOA-MZI型全光波長轉(zhuǎn)換XPM方案實驗以及SOA-MZI型全光波長轉(zhuǎn)換差分XPM方案實驗。通過實驗,我們分析了SOA的增益恢復(fù)時間,以及SOA-MZI型全光波長轉(zhuǎn)換器工作在不同速率下的波長轉(zhuǎn)換性能。