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多波长全光3R再生及全光逻辑关键技术的研究

作　者: 韩丙辰
导　师: 于晋龙
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 全光3R再生全光时钟提取光纤光参量放大全光判决全光逻辑法布里-泊罗滤波器
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文主要对多波长全光3R再生和全光逻辑的关键技术进行了理论和实验研究。其中多波长全光3R再生技术的研究目的是研究和开发可应用于WDM光通信系统中的多波长信号的3R再生系统,主要进行了多波长全光时钟提取和多波长判决等关键技术的实验研究;在全光逻辑方面,主要利用半导体光放大器(SOA)实现可重构全光基础逻辑,并在此基础上进一步实现了全光组合逻辑。在多波长全光时钟提取方面,以F-P滤波器为全光时钟提取的核心单元。分析了F-P滤波器的工作原理和传递函数,从时域和频域两方面对F-P滤波器用于时钟提取的性能进行了分析。通过数学模型和软件仿真,研究了不同参数对时钟提取质量的影响,首次以低精细度F-P滤波器完成了双波长的10Gbit/s归零码的时钟提取实验,验证了F-P滤波器用于多波长时钟提取的可行性;以波长变换结合高精细度F-P滤波器完成了波长不敏感的40Gbit/s信号光时钟提取实验。实验表明:利用F-P滤波器完全可以实现多波长的时钟提取。在多波长全光判决方面,以基于HNLF的参量放大器作为全光判决的核心器件。分析了光纤光参量放大的数值模型,研究了泵浦光为时钟强度调制时参量放大的光开关特性。在此基础之上,通过实验以10Gbit/s归零码验证了参量放大器作为全光判决的再生能力。主要研究了系统在改变输入信号波长、信号传输的距离、信号信噪比情况下,对恶化信号的再生能力。首次提出了在光纤参量放大中,采用相位调制的时钟泵浦光,且相邻信道偏振正交的异步网络多波长全光判决实验方案。由于参量放大中,强度调制的泵浦光需要较高的光功率来产生光开关窗口,在异步多波长判决中要求多个泵浦光分别进行光判决,从而导致多个通道的相邻通道之间出现四波混频(FWM)和交叉相位调制(XPM)等相互串扰问题,最终影响多波长判决的再生效果。对于FWM可以采用相邻信道的偏振正交来有效地抑制;而相位调制时钟的采用,将使相邻信道的XPM得到抑制。在此基础之上,我们又首次提出了基于色散效应的时钟泵浦预处理方案。利用光纤色散导致时钟泵浦的两个一阶边带之间的相对相位变化使之成为准连续光,采用处理后的时钟泵浦光进行参量放大产生判决门,同样可有效地抑制相邻信道间的XPM干扰,并通过实验验证了该方案的正确性。在全光逻辑方面,首次实现了基于单个半导体光放大器(SOA)的可重构全光基础逻辑,并在此基础上完成了基于两个级联SOA全光组合逻辑的10 Gbit/s的全光半加器和半减器系统实验。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
符号对照表  7-12
第一章绪论  12-29
  1.1 光纤通信的发展状况及趋势  12-13
  1.2 全光信号处理技术研究现状  13-15
  1.3 全光3R 再生关键技术进展和分析  15-24
    1.3.1 全光多波长时钟提取技术  16-19
    1.3.2 全光多波长判决技术  19-23
    1.3.3 多波长全光3R 系统  23-24
  1.4 全光逻辑关键技术进展和分析  24-27
  1.5 本论文的主要工作  27-29
第二章基于F-P 滤波器的时钟提取理论分析  29-47
  2.1 F-P 滤波器的结构和工作原理  29-32
  2.2 基于F-P 滤波器的时钟提取理论分析  32-34
  2.3 基于F-P 滤波器的时钟提取仿真和参数分析  34-44
    2.3.1 F-P 滤波器精细度对时钟输出的影响  34-36
    2.3.2 激光器线宽对F-P 滤波器提取时钟的影响  36-37
    2.3.3 谐振腔失谐对F-P 滤波器提取时钟的影响  37-39
    2.3.4 输入信号幅度抖动对时钟提取的影响  39-41
    2.3.5 输入信号时间抖动对时钟提取的影响  41-42
    2.3.6 对长连零输入信号的分析  42-44
  2.4 对提取时钟的整形处理  44-46
  2.5 本章小结  46-47
第三章基于F-P 滤波器的全光时钟提取实验研究  47-60
  3.1 10Gbit/s 双波长全光时钟提取实验  47-56
    3.1.1 未传输恶化时的双波长时钟提取  48-52
    3.1.2 传输恶化后的双波长时钟提取  52-56
  3.2 40Gbit/s 全光时钟提取实验  56-58
  3.3 本章小结  58-60
第四章基于高非线性光纤的参量放大理论研究  60-71
  4.1 光纤中参量过程的理论模型  60-66
    4.1.1 四波混频  60-62
    4.1.2 光纤光参量放大  62-64
    4.1.3 光纤光参量放大的增益特性分析  64-66
  4.2 参量放大中的泵浦光特性研究  66-70
    4.2.1 参量放大的泵浦光特性分析  66-68
    4.2.2 基于光纤光参量放大的双通道码型变换研究  68-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章基于光纤光参量放大的全光判决实验研究  71-101
  5.1 单波长10Gb/s 全光判决实验方案  71-73
  5.2 单波长10Gb/s 全光判决实验结果与分析  73-75
  5.3 全光判决单元特性分析  75-81
    5.3.1 信号光传输距离对全光判决单元的影响  76
    5.3.2 信号光波长对全光判决单元的影响  76-79
    5.3.3 信号光信噪比对全光判决单元的影响  79-81
  5.4 同步双波长信号的全光判决实验研究  81-84
    5.4.1 同步双波长10Gb/s 全光判决方案  81-82
    5.4.2 双波长10Gb/s 全光判决实验结果及分析  82-84
  5.5 基于相位调制时钟泵浦光纤参量放大的全光判决  84-90
    5.5.1 基于相位调制时钟泵浦光纤参量放大的工作原理  85-86
    5.5.2 利用色散效应产生判决窗口  86-88
    5.5.3 异步双波长10Gb/s 全光判决实验系统  88-90
  5.6 异步双波长10Gb/s 全光判决实验结果与分析  90-95
    5.6.1 基于相位调制时钟泵浦光的单波长全光判决实验  90-93
    5.6.2 异步双波长10Gb/s 全光判决实验  93-95
  5.7 基于参量放大的全光判决时钟的预处理研究  95-99
  5.8 本章小结  99-101
第六章基于半导体光放大器的全光逻辑实验研究  101-113
  6.1 基于单个SOA 的可重构全光基础逻辑的实现  101-106
    6.1.1 基于单个SOA 的基础逻辑的工作原理  101-103
    6.1.2 基于单个SOA 的基础逻辑的实验结果及分析  103-106
  6.2 基于两个级联SOA 的全光半加器和半减器的实现  106-112
    6.2.1 全光半加器工作原理  106-108
    6.2.2 全光半加器的实验结果及分析  108-110
    6.2.3 全光半减器的实现  110-112
  6.3 本章小结  112-113
第七章总结与展望  113-116
  7.1 工作总结  113-114
  7.2 存在不足与展望  114-116
参考文献  116-127
发表论文和科研情况说明  127-129
致谢  129

多波长全光3R再生及全光逻辑关键技术的研究

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