基于光纖非線性效應(yīng)的全光信號處理技術(shù)研究.pdf

1、為適應(yīng)現(xiàn)代高速、大容量光纖傳輸要求，克服“電子瓶頸”，實現(xiàn)透明全光網(wǎng)絡(luò)，全光3R再生是關(guān)鍵技術(shù)之一。3R再生中時鐘恢復(fù)、延遲緩存、光判決是至關(guān)重要的三個環(huán)節(jié)。光纖具有飛秒量級非線性響應(yīng)速度，是目前全光高速信號處理的首選非線性介質(zhì)。光纖布拉格光柵體積小、易于制作集成化功能模塊并且可直接用于光纖通信線路，其受控開關(guān)特性可用于全光判決，它的輸出延遲可調(diào)諧能用作調(diào)諧延遲線。但是，光纖非線性效應(yīng)存在偏振相關(guān)性。由于不同碼型信號包含的時鐘譜線強弱不

2、同，利用諧振機制進(jìn)行時鐘提取時會遇到碼型效應(yīng)問題。本文利用理論分析、數(shù)值計算與系統(tǒng)仿真方法，圍繞光纖布拉格光柵調(diào)諧延遲線和光判決、光纖非線性效應(yīng)偏振相關(guān)性、消除時鐘恢復(fù)碼型相關(guān)性四個方面進(jìn)行探索性研究。主要內(nèi)容為：
　　1、提出了基于半隱式龍格—庫塔法及簡單迭代數(shù)值求解光纖布拉格光柵非線性耦合模方程組的方法，極大地降低了計算的復(fù)雜性，簡化了計算程序并避免了數(shù)值計算發(fā)散；設(shè)計了仿真中的平滑技術(shù)，以縮短數(shù)值計算穩(wěn)定時間；搭建了光纖布拉

3、格光柵靜態(tài)和動態(tài)特性的統(tǒng)一數(shù)值仿真平臺，實現(xiàn)了全面仿真光纖布拉格光柵特性的目的。
　　2、研究了光纖布拉格光柵非線性延遲調(diào)諧特性和調(diào)諧中輸出功率抖動特性。發(fā)現(xiàn)相移光纖光柵不適合窄脈沖延遲調(diào)諧應(yīng)用，在無相移切趾光纖光柵中存在工作波長、入射脈沖峰值功率、脈沖寬度和光柵長度的優(yōu)化組合。通過調(diào)整這些參數(shù)，能夠獲得脈沖不變形的最大延遲時間、實現(xiàn)無色散的調(diào)諧延遲、減小輸出功率抖動。
　　3、研究了光纖布拉格光柵用于全光判決的定時抖動和功

4、率抖動特性。發(fā)現(xiàn)光柵切趾對透射譜旁瓣的抑制有利于減小因泵浦功率變化引起的輸出功率抖動，隨泵浦波長與信號波長差增大，因信號功率變化引起的輸出信號定時抖動將減小。
　　4、提出了通過級聯(lián) SPM功率均衡器與組合邏輯或門實現(xiàn)全光確定輸出光偏振態(tài)的方法，實現(xiàn)了隨機偏振輸入歸零（RZ）信號輸出偏振方向確定、輸出功率均衡，解決了RZ信號在光纖非線性效應(yīng)全光處理中的偏振相關(guān)性問題。
　　5、設(shè)計了基于非線性光纖環(huán)形鏡（NOLM）的二光平信

5、號分離器和均衡器，實現(xiàn)了對二光平信號按照高低功率水平進(jìn)行分離和二光平信號的功率均衡，消除了輸入脈沖基座，實現(xiàn)了輸出波長轉(zhuǎn)換。
　　6、提出了基于 NOLM的非歸零（NRZ）信號和歸零（RZ）信號時鐘倍頻方法。該方法利用NOLM“異或”運算同時對連續(xù)探測波進(jìn)行強度調(diào)制和相位調(diào)制，產(chǎn)生具有π相位差的兩個脈沖序列，實現(xiàn)透射輸出光譜的載波抑制，進(jìn)而實現(xiàn)時鐘倍頻，并消除了時鐘倍頻中的碼型相關(guān)性。
　　7、提出了非歸零（NRZ）信號和歸