光模数转换中的并行处理方法及半导体光放大器光开关

论文摘要

光模数转换技术和全光包交换技术在很多领域都起着重要的作用。本论文提出了一种基于四波混频效应的对高速取样脉冲序列进行并行处理的方法。该方法可以将单波长光取样序列通过四波混频效应转换为多波长序列，然后用波分解复用的方法实现并行处理。在取样重复频率为9.95GHz时，获得的六通道并行输出的通道间串扰高阶四波混频分量的串扰均小于-29dB。各通道的光信噪比为29.3dB至36.8dB。并行前后的取样序列的相位噪声对比证明了并行过程没有增加脉冲的时间抖动，并抑制了低频的相位噪声。在同样的取样率下，获得的十通道并行输出的串扰小于-29.6dB。加载4.4GHz的微波信号后，用电ADC将并行输出量化后得到各通道的信噪比为24.9dB至27.3dB，与并行处理前相当。论文还讨论了影响并行输出质量的一些因素。为了获得更高重复频率的光取样源以实现对更大带宽的微波信号的光取样，我们将10GHz重复频率的光脉冲序列进行了非线性压缩。当用普通单模光纤来补偿色散实现压缩时，获得的最小脉宽为0.457ps。当采用色散补偿光纤代替普通单模光纤以补偿后续器件引入的过多反常色散时，获得的脉冲最小宽度为0.318ps。将这个窄脉冲序列复用至640GHz后，其自相关曲线表明脉冲的幅度比较均衡。文中提出了一种基于半导体光放大器中的非线性偏振态旋转效应的光控2×2光开关的实现方法。该方法具有低成本、高速、对信号的调制格式和波长透明以及低功耗的优点。在输入数据为10Gbit/s时，其基本功能得到了验证，每比特需要的开关功率仅为400fJ，开关时间小于1ns。在10Gbit/s的数据输入下测量了在不同输入条件下光开关的误码率并计算了其功率代价。在109的误码率下，单输入和双输入情况下光开关最大功率代价分别为为1.8dB和2.3dB。论文还讨论了SOA的端面反射和偏振分束器的消光比对光开关性能的影响。基于这个全光2×2光开关，我们提出了一种基于SOA中非线性偏振态旋转效应的光缓存控制单元，它可以应用于堆栈式全光缓存器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 光模数转换
• 1.1.1 光模数转换系统的分类
• 1.1.1.1 光电混合模数转换
• 1.1.1.2 全光模数转换
• 1.1.2 光电混合模数转换中的并行方法
• 1.1.2.1 时分解复用
• 1.1.2.2 波分解复用
• 1.2 光传输网中的光开关
• 1.2.1 包交换节点中的光开关
• 1.2.2 2×2交叉/直通光开关的相关研究
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 光电混合ADC中取样信号的并行处理
• 2.1 引言
• 2.2 基于四波混频的并行处理方法
• 2.2.1 基于四波混频的并行原理
• 2.2.2 关键技术分析
• 2.2.2.1 通道间串扰
• 2.2.2.2 HNLF和取样脉冲波长的选择
• 2.2.2.3 取样脉冲功率和泵浦功率的优化
• 2.2.3 高速取样序列多路并行的实现
• 2.3 六通道及十通道并行结果及分析
• 2.3.1 六通道并行实验结果及分析
• 2.3.1.1 多路输出光谱特性
• 2.3.1.2 单路输出时间特性评测
• 2.3.2 十通道并行实验结果及分析
• 2.3.2.1 多路输出光谱特性
• 2.3.2.2 单路电子ADC量化结果及分析
• 2.3.3 系统性能的进一步讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 640GHz光取样脉冲源的实现
• 3.1 引言
• 3.2 非线性光脉冲压缩技术
• 3.2.1 自相位调制
• 3.2.2 色散补偿压缩
• 3.3 亚皮秒光脉冲源的实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 SOA全光偏振2×2开关
• 4.1 引言
• 4.2 基于SOA中NPR效应的2×2光开关
• 4.2.1 SOA中的NPR效应
• 4.2.2 光开关工作原理
• 4.3 10Gbit/s光开关实验
• 4.3.1 2×2光开关的实现
• 4.3.2 开关测试结果
• 4.3.2.1 基本功能验证
• 4.3.2.2 光开关的误码率特性
• 4.3.3 SOA端面反射和PBS消光比对光开关性能的影响
• 4.3.3.1 SOA端面反射
• 4.3.3.2 PBS分束消光比
• 4.4 2×2光开关在堆栈式缓存中的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果