基于半導體光放大器的全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、全光信號處理技術(shù)是實現(xiàn)未來高速、大容量、高可信型全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在。近年來，半導體光放大器（SOA）以其體積小、功耗低、易于與其他光學器件集成等優(yōu)勢成為全光網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)全光信號處理技術(shù)的關(guān)鍵器件之一。本論文主要基于SOA的兩種非線性效應(yīng)，非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）效應(yīng)和交叉相位調(diào)制（XPM）效應(yīng)，對全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究。主要研究了全光波長變換，全光2R再生，全光開關(guān)鍵控-偏振位移鍵控（OOK-PolSK）碼型轉(zhuǎn)換，全光頻率上變換

2、，全光可調(diào)諧梳狀濾波，同時多波道時分復用（OTDM）解復用技術(shù)等。
　　 論文首次提出并實現(xiàn)了一種基于SOA-NPR效應(yīng)的偏振不靈敏的全光2R再生和同時正、反相波長變換技術(shù)。首先研究了線偏振態(tài)保持模式下，偏振不靈敏SOA的輸出偏振態(tài)與探測光功率、泵浦光功率、偏置電流、泵浦光偏振態(tài)以及波長等參量的變化關(guān)系。計算得到了泵浦光輸入SOA引起NPR效應(yīng)時，適合進行2R再生的階梯狀（Step-Like）非線性功率傳輸函數(shù)。其次，實驗中首次

3、實現(xiàn)了僅在一支偏振分束器（PBS）兩端口同時得到兩路正、反相波長變換信號的實驗結(jié)果，并且輸出信號伴有2R再生效果。實驗中，一方面測量了PBS兩端口的偏振開關(guān)現(xiàn)象，證明了通過合理的調(diào)整泵浦光雙電平的功率，單支PBS就能夠同時輸出兩路正、反相的信號；另一方面，實驗測量了輸入、輸出10Gb/s信號的時域波形圖、光譜圖、以及誤碼率（BER）值。與背對背的傳輸相比，BER為10-9時，加載ASE噪聲后的信號功率代價為1.8dB，但是經(jīng)過SOA-N

4、PR效應(yīng)轉(zhuǎn)換后的信號功率代價有所減小，反相信號的功率代價降低了1.2dB，正相信號降低了0.8dB，證明了同時輸出的正、反相兩路信號得到了再生。該技術(shù)具有偏振不敏感，同時正、反相輸出、信號可再生、且可應(yīng)用于整個C波段的特點。
　　 論文首次提出并實現(xiàn)了基于SOA-NPR效應(yīng)中線偏振態(tài)保持模式下的全光OOK-PolSK碼型轉(zhuǎn)換與波長變換技術(shù)。應(yīng)用兩支SOA級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，消除了交叉增益調(diào)制（XGM）對輸出功率波動的影響，相比采用單支S

5、OA，功率波動由10dB以上降低至小于0.6dB，得到了功率均衡的輸出信號，利用NPR效應(yīng)完成了強度信息到偏振信息的轉(zhuǎn)換。再經(jīng)過起偏器進行偏振到強度的轉(zhuǎn)換，得到的兩路正、反相信號消光比（ER）大于30dB。該技術(shù)具有可處理偏振調(diào)制碼型，以及整個C波段應(yīng)用的優(yōu)點。
　　 論文首次提出并實現(xiàn)了一種基于SOA-NPR效應(yīng)的波長與波長間隔均可調(diào)的Lyot雙折射梳狀濾波器。該濾波器由兩片偏振片夾著光纖型差分群時延線（DGDL）和一個SOA

6、構(gòu)成，具有波長及波長間隔均可獨立進行調(diào)諧的功能。濾波器的波長間隔或自由光譜范圍（FSR）可通過調(diào)整可編程DGDL進行調(diào)整，轉(zhuǎn)換時間約為250μs，調(diào)節(jié)范圍為±45ps。濾波器中心波長的調(diào)諧是基于SOA-NPR效應(yīng)完成的。我們首次提出一種基于SOA-NPR效應(yīng)的光控相位差連續(xù)可調(diào)技術(shù)，這種技術(shù)使用注入SOA的光束強度來控制SOA在產(chǎn)生NPR效應(yīng)過程中，輸入探測光TE和TM分量之間的相位差。實驗證明，當輸入光強從-10dBm到17dBm變化

7、時，所產(chǎn)生的相位差從O到π具有連續(xù)可調(diào)的特性。實驗中，通過改變輸入SOA泵浦光的功率值，從而實現(xiàn)了Lyot雙折射梳狀濾波器快速而連續(xù)的中心波長調(diào)諧。在不同的濾波器波長間隔條件下，當泵浦光從-10dBm到17dBm變化時，該可調(diào)濾波器的波長調(diào)諧范圍均能達到波長間隔或FSR的50％。
　　 論文首次提出并且實驗驗證了一種基于SOA-XPM效應(yīng)的新型可級聯(lián)全光串并變換技術(shù)，并將其應(yīng)用到同時多波道OTDM解復用技術(shù)中。在泵浦-探測模式下

8、，將復用信號作為探測信號，速率減半的時鐘信號作為泵浦信號將同時注入SOA中?；赬PM效應(yīng)，泵浦時鐘的上沿將對探測信號調(diào)制一個負啁啾，相應(yīng)的光譜將會產(chǎn)生紅移；而泵浦時鐘的下沿將對探測信號調(diào)制一個正啁啾，相應(yīng)的光譜將會產(chǎn)生藍移。因此，探測信號的兩個信道能夠通過XPM效應(yīng)從光譜上分隔開來，再使用一個同時能將兩個信道濾出的濾波器，就能夠完成1:2解復用。對于20Gb/s OTDM信號進行了解復用驗證性實驗，使用陣列波導光柵（AWG）同時對稱的