相敏放大及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著光纖與摻鉺光纖放大器的問世及商業(yè)化，光纖通信系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展。在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，基于非線性效應(yīng)的全光信號處理可以避免光/電/光轉(zhuǎn)換帶來的高成本及系統(tǒng)復(fù)雜度，提高通信系統(tǒng)容量并降低系統(tǒng)功耗，對大數(shù)據(jù)時(shí)代信息的傳輸及交換有著重大的意義。相敏放大（PSA）作為重要的非線性效應(yīng)被廣泛用于全光信號處理中。
　　本論文以通用PSA理論為原型，建立了針對多介質(zhì)、多維度全場的PSA理論模型。以這些理論模型為基礎(chǔ)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)非線性器件并優(yōu)化器件

2、輸入條件，提出并實(shí)現(xiàn)了基于PSA的多種全光信號處理功能，包括相位再生、邏輯門及調(diào)制格式轉(zhuǎn)換。全文的主要研究內(nèi)容可以概括如下：
　?。?）全面研究了PSA理論。從波動(dòng)方程出發(fā)，推導(dǎo)了通用PSA理論模型及模型近似解析解。根據(jù)無源及有源非線性器件的特性，完善得到了多種介質(zhì)的PSA理論模型。將通用PSA理論延伸至多維復(fù)用系統(tǒng)中，拓展建立了針對波長、偏振及模式維度的全場PSA理論模型。
　?。?）深入研究了基于PSA的相移鍵控（PSK

3、）信號相位再生。模擬分析并證實(shí)了基于高非線性光纖（HNLF）中標(biāo)量雙泵非簡并PSA的單信道差分相移鍵控（DPSK）及正交相移鍵控（QPSK）信號相位再生，通過優(yōu)化器件參數(shù)及輸入條件，得到了良好的相位再生性能。首次提出并模擬證實(shí)了基于HNLF中矢量雙泵非簡并PSA的PDM信號相位再生方案，通過優(yōu)化輸入條件，實(shí)現(xiàn)了偏分復(fù)用（PDM）DPSK及QPSK信號的無串?dāng)_相位再生，并分析了方案的相位噪聲容忍度。首次提出并模擬證實(shí)了基于多模硅波導(dǎo)中模內(nèi)

4、雙泵簡并PSA的模分復(fù)用（MDM）信號相位再生方案，通過優(yōu)化器件尺寸及輸入條件，實(shí)現(xiàn)了雙模DPSK信號的低串?dāng)_相位再生，并分析了方案的相位噪聲容忍度。提出并模擬證實(shí)了基于HNLF中標(biāo)量雙泵非簡并PSA的波分復(fù)用（WDM）信號相位再生，通過優(yōu)化輸入條件，得到了良好的相位再生性能。
　?。?）理論及實(shí)驗(yàn)研究了基于PSA的全光邏輯門。提出并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了基于單模硅波導(dǎo)中單級四波混頻的非線性干涉廣播方案，通過優(yōu)化波導(dǎo)尺寸及輸入條件，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了

5、干涉結(jié)果的1×4波長廣播，進(jìn)一步地，模擬實(shí)現(xiàn)了基于非線性干涉廣播的開關(guān)鍵控（OOK）及二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）兩種調(diào)制格式的邏輯異或門廣播。提出并模擬實(shí)現(xiàn)了基于HNLF中單泵非簡并PSA的OOK格式邏輯非門，通過優(yōu)化輸入條件，在2個(gè)波長位置得到了OOK格式的邏輯非門結(jié)果。
　?。?）對基于PSA的調(diào)制格式轉(zhuǎn)換進(jìn)行了研究。提出了基于單泵非簡并PSA的BPSK到傳統(tǒng)OOK的調(diào)制格式轉(zhuǎn)換方案，通過優(yōu)化器件參數(shù)及輸入條件，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于