赵延[1]2002年在《光纤环形腔半导体激光器全光波长转换技术研究》文中进行了进一步梳理信息时代要求大容量的传输网络。波分复用(WDM)全光通信网充分利用了光纤巨大的带宽和优异的传输性能，具有良好的发展前景。全光波长转换器是WDM全光网中的一种关键器件，它在光交换、波长路由和波长再用等技术中有着广泛的应用。全光波长转换器的使用可以大大提高WDM网络的容量，避免波长竞争，使通信网络管理更为灵活合理。 国内外学者对全光波长转换器进行了广泛的研究，已经发展了多种全光波长转换技术。各种波长转换器各有优缺点，目前均处于实验室研究阶段。其中，基于半导体光放大器中的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频效应的波长转换技术是研究的主流方向。 本文提出一种基于光纤环形腔半导体激光器(FRSL)的波长转换方案，阐述了其结构模型和工作原理。根据FRSL满足的单模速率方程，讨论了采用FRSL进行波长转换时转换光的功率特性和消光比，以及FRSL的弛豫振荡特性、小信号调制响应、调制带宽与光纤环形腔长度的关系。研究发现，在确定的参数下，存在环形腔长度的临界值。只有当环形腔长度小于该临界值时，激光器才发生弛豫振荡，并具有理想的调制响应和大的调制带宽。对基于FRSL的波长转换进行了理论模拟和实验研究。 FRSL波长转换器结构简单，在输入端只需输入待转换的信号光，无须输入连续波作为泵浦光，并且易于在光纤环形腔中插入各种控制元件。但是，输出的转换光脉冲与信号光极性相反，光纤环形长腔的存在导致其转换速率比较低。因此，适用于低速的场合。如能集成应用，将具有广阔的发展前景。
徐帆[2]2006年在《SOA环形腔激光器应用的理论与实验研究》文中研究指明基于半导体光放大器(SOA)的环形腔激光器在全光网络(AON)中有着重要的作用。它的应用包括有超短光脉冲源、全光波长转换器以及全光时钟恢复等,具有结构简单、输出光信号消光比高和转换波长范围宽等优点。本文在国家高技术研究发展计划(863-2002AA312160)和武汉市科技攻关光通信专项(2002100513013)项目以及国家自然科学基金(60407001)的资助下,采用各种不同的SOA环形腔激光器(SFRL)来分别实现了80G超短光脉冲的产生,40G全光波长转换, 10G全光码型转换。论文对基于SOA的环形腔激光器的应用进行了深入的理论和实验研究,研究成果主要包括以下几个方面:(1)分析了SOA环形腔激光器的研究意义,阐述了SOA环形腔激光器的研究概况。(2)建立了双端SOA的数值模型,在此基础上建立了SOA环形腔激光器的数值模型。实验实现了10-80GHz的超短光脉冲的输出,输出的光脉冲消光最高达15dB,时间抖动最低为400fs左右。讨论了当脉冲脉宽小于10ps时,考虑SOA中的叁阶非线性效应的数值模型。(3)分析了SOA环形腔在波长转换中的特性,研究了在无频率失谐的情况下SOA偏置电流与环形腔输出光功率的关系。用SOA环形腔实验实现了40Gb/s的可调谐全光波长转换。研究了当频率失谐时环腔的输出特性,建立了频率失谐时环腔的理论模型,并通过实验验证了该失谐理论。(4)研究了SOA环形腔在全光时钟恢复中的应用,分别实现了40G的归零信号(RZ)时钟恢复和10G的非归零(NRZ)时钟恢复。利用保偏光纤环镜(PMFLM)提出了一种新型的全光时钟恢复方案,该方案结构简单,理论上无速率限制,并已申请国家发明专利。
张德祥[3]2017年在《基于饱和吸收体实现光信息处理的研究》文中研究说明大数据时代,云计算物联网的兴盛,海量信息增长和高速率信息流传输需求,对信息的传输、处理和储存等提出越来越高的要求。为解决传统电器件效率低、功耗大、响应速度慢等缺陷带来的问题,全光信息处理早已应运而生。光计算、光逻辑门、光交换以及光通信网络近年来成果累累。应用于光信息处理的各种半导体材料、纳米材料、化学聚合材料等也层出不穷。其中半导体材料是最常见用于光信息处理的,而具有饱和吸收特性的半导体材料已经成为热门研究对象,这得益于其在光信息中的优良特性。本文主要就饱和吸收体在全光波长转换网络和光传感器中的应用展开分析研究。(1)为满足光网络以每年26%增长的传输速率需求,适合的方法之一即是通过组合多个低速率的载波,使其整体可以看成一个超级信道被路由传输。为此,本文基于饱和吸收体激光器利用其四波混频效应对交错正交幅度调制正交频分复用信道(OFDM/OQAM)波长转换的性能进行了研究。研究过程中对超级信道中的子信道采用16态正交幅度调制进行了数值仿真,OFDM调制选用256路子载波,子信道为8路,每路数据波特率可达到30Gbaud/s,超级信道速率达到960G比特每秒。仿真结果验证了在饱和吸收体激光器中采用四波混频对该波分复用超级信道进行全光波长转换的可行性。为了摆脱传统接收机响应速率和高速率信息流接收问题,论文设计并论证了一种新型接收机。本文探究过程考虑到OFDM子载波数量、饱和吸收体激光器直流偏置以及不同PAM基带调制对波长转换效率的影响,选择128路、256路、1024路载波和升余弦、根升余弦两种脉冲滤波器做对比研究。研究过程还发现超级信道对泵浦产生的交叉增益调制会严重损耗整个系统的转换性能,同时超级信道与泵浦之间的频率失谐量对交叉增益调制所引起的串扰有很大关系。仿真结果表明,当泵浦采用的光功率是饱和吸收体增益饱和功率两倍,超级信道与泵浦之间的失谐频率设置在200～250GHz,即可最大程度降低由上述交叉增益调制所引起的串扰,系统波长转换效率较优。(2)论文第二部分将饱和吸收体同光传感器结合,论文基于一种环形光纤激光用于光纤传感的方法,结合可饱和吸收体稳频特性,获得稳定的激光输出,并成功将其应用于应变传感。通过光环形器引入未泵浦的掺铒光纤作为可饱和吸收体形成窄带滤波器,并选用高反射率光纤光栅作为波长选择元件.研究中发现饱和吸收体长度对光传感器的性能产生影响。仿真结果显示,饱和吸收体参与下的光纤传感器较没有饱和吸收体参与下的性能更为优良。通过仿真不同波长泵浦光、不同长度饱和吸收体对传感器性能的影响,得出饱和吸收体对不同波长泵浦光均具有稳频作用,并且得出可饱和吸收体长度为4m时获得了稳定的激光输出。
郭永娟[4]2006年在《和频与差频级联型全光波长转换技术的研究》文中进行了进一步梳理本文首先介绍了未来光通信网络中的核心器件之一——全光波长转换器(AOWC),介绍了全光网络中对AOWC的基本要求,进而讨论了基于半导体激光器、半导体光放大器、非线性光纤环镜的全光波长转换器,分析了各种全光波长转换器的优缺点以及国内外研究近况。在此基础上提出了本文所研究的全光波长转换器——基于非线性光波导周期极化反转铌酸锂(PPLN)的和频与差频级联型二阶非线性效应的全光波长转换器,主要研究有:理论研究:首先给出了非线性极化的弹簧模型,形象的说明了非线性极化强度的产生原理;然后从麦克斯韦方程组和物质方程出发,经过简单的近似推导出和频与差频级联型全光波长转换的瞬态耦合波方程;最后介绍了该波长转换中的关键技术——准相位匹配技术(QPM),并将其与双折射相位匹配技术进行了比较,进而更加明确了准相位匹配技术的优点。数值模拟:首先计算了和频与差频级联型全光波长转换技术在波矢失配量的允许范围内,准相位匹配波长允许的范围。分别计算了该波长转换技术在脉冲泵浦和连续泵浦情况下:转换效率随着PPLN长度的变换曲线;泵浦光功率、两束泵浦光之间的间距、泵浦光的脉冲宽度以及走离效应对转换效率的影响;计算了信号光和转换光的可调谐范围;并计算了转换光脉冲宽度随着信号光没冲宽度的变化曲线。实验研究:由掺铒光纤放大器、偏振控制器、PPLN、耦合器、可调窄带滤波器和可调衰减器组成的可调谐的光纤环形腔激光器产生的连续光作为泵浦光,40Gbit/s的可调谐脉冲光作为信号光进行了实验。测量了和频与差频级联型全光波长转换的转换效率,对其信号光以及转换光的可调谐性进行了测量,并测量了该波长转换的稳定性以及3dB带宽。
徐源远[5]2005年在《基于SOA交叉增益调制的可调谐全光波长转换器的研究》文中进行了进一步梳理可调谐全光波长转换器是构成智能化光通信网络的关键光电子器件。要最终实现可调谐全光波长转换器在光网络中的应用,进行可调谐全光波长转换器的模块化研究,实现对波长转换器的波长调谐的监测和控制具有重要的意义。本文在国家高技术研究发展计划(863-2002AA312160)和武汉市青年晨光计划(2003500201602)的资助下,完成了基于单端半导体光放大器(SOA)的可调谐全光波长转换器模块化设计和制作,主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1) 综述了可调谐全光波长转换器的实现方案,重点分析了基于SOA 交叉增益调制的可调谐全光波长转换器的工作机理,提出了基于单端SOA 的可调谐全光波长转换器模块化设计的总体方案。(2) 详细介绍了超结构光栅分布布拉格激光器的构成,研究了其波长调谐原理,并对其波长调谐过程进行了数值模拟。(3) 在比较各种电路特性的基础上,设计并制作了SOA 的精密温控、恒流驱动电路和可调谐激光器的外围电路,制作的电路表现出很好的稳定性和可靠性。(4) 在Matlab 编程环境下完成了可调谐激光器控制软件的设计,通过串口实现了PC机对可调谐激光器工作参数的监测和控制。软件有着良好的用户界面,运行稳定,通信正常。(5) 对制作出的可调谐波长转换模块进行了性能测试。在10Gb/s 可调谐波长转换实验中,转换输出在1528-1563nm 范围内可调,在适当条件下,可使在整个调谐范围内输出消光比大于10dB,转换效率大于0dB。
李培丽[6]2005年在《基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器的研究》文中研究表明可调谐全光波长转换器是智能化密集波分复用(DWDM)全光通信网络中的关键器件之一。基于半导体光纤环形腔激光器(SFRL)的四波混频(FWM)型可调谐全光波长转换器不仅对信号光的调制格式、调制速率严格透明,能实现多波长转换,而且可以节省了一个外部泵浦光源,简化了装置,利用环行腔中的可调谐光滤波器,可方便地实现可调谐波长转换,因而受到了广泛的关注。本文围绕基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器进行了较为系统的理论和实验研究。具体内容如下:(1)研究了SFRL 用作波长转换器的理论基础,推导了半导体光放大器(SOA)中最基本的光场传输方程和载流子速率方程,讨论了SOA 中的各种非线性效应,尤其是叁阶非线性效应;研究了基于SFRL 的交叉增益调制(XGM)型波长转换器和基于SFRL的FWM 型波长转换器的工作机理,并分析了它们的优缺点。(2)给出了基于SFRL 的FWM 型波长转换器的简洁、直观、使用方便的lump 模型,并首次建立了这种波长转换器的完整的宽带理论模型。在宽带理论模型中,对SOA有源区和放大自发辐射(ASE)谱都进行了分段,并且考虑了SOA 的材料增益谱、载流子的空间分布、光场的纵向空间分布和宽带ASE 谱等。宽带理论模型是研究这种可调谐全光波长转换器进行性能分析和优化设计的理论基础。(3)利用建立的基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器宽带理论模型,通过数值模拟的方法,对这种可调谐波长转换器的稳态特性和动态特性进行了深入的理论研究,分析了输入信号光功率、注入电流强度、环形腔中两个耦合器的耦合比、激射波长和SOA 有源区长度对输出特性的影响,还分析了线宽增强因子和限制因子对转换光消光比和啁啾的影响。(4)首次实现了20Gbit/s 的基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换,并且进行了10Gbit/s 的基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换的实验,研究了这种可调谐波长转换器的转换效率和信噪比(SBR)与输入信号光功率、注入电流、环形腔中两个耦合器耦合比和SFRL 激射波长的关系,还研究了输入信号光功率对转换光消光比的影响以
赵延, 罗斌, 潘炜, 张晓霞, 吕鸿昌[7]2001年在《光纤环形腔半导体激光器全光波长转换特性分析》文中研究说明提出了一种基于光纤环形腔半导体激光器的全光波长转换方案。利用稳态速率方程 ,导出了激光器有源区载流子密度与偏置电流及输入信号光功率关系的隐函数表达式。从而研究了待转换的信号光及偏置电流对转换光功率和消光比的影响
王健[8]2008年在《基于铌酸锂光波导的高速全光信号处理技术研究》文中提出全光信号处理是未来高速大容量全光通信网络的关键技术。基于铌酸锂光波导的全光信号处理具有超快、低噪声等优点,近年来受到越来越多的关注。本文围绕基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导的二阶和级联二阶非线性效应开展了全光波长转换、全光逻辑门、全光码型转换、全光信号再生和全光超宽带(UWB)信号产生等理论和实验研究,发现了二阶非线性和PPLN光波导“光相位擦除”新特性,具体内容如下:(1)讨论了基于PPLN光波导全光信号处理的基本理论。推导了倍频(SHG)、和频(SFG)、差频(DFG)、级联倍频和差频(cSHG/DFG)、级联和频与差频(cSFG/DFG)等二阶和级联二阶非线性效应非耗尽近似条件下的解析解,分析了转换效率和转换带宽,比较了转换功能和相位共轭即光谱反转特性。(2)对一个传统观念“二阶非线性和PPLN光波导完全透明”产生疑问并通过实验和理论论证了PPLN光波导其实也存在“不透明”的一面,并由此发现了二阶非线性和PPLN光波导“光相位擦除”的新特性。利用这一“光相位擦除”新特性实验实现了40 Gbit/s载波抑制归零码(CSRZ)到归零码(RZ)的码型转换、40 Gbit/s差分相移键控(DPSK)信号的真解调、光双二进制码(ODB)到非归零码(NRZ)和RZ的码型转换、传号交替反转码(AMI)到RZ的码型转换以及单极性伪归零码(S-PRZ)的产生。另外,实验发现了四波混频(FWM)“不透明”的一面及其“光相位擦除”新特性,同时实现了40 Gbit/s CSRZ到RZ的全光码型转换。(3)实验研究了基于PPLN光波导二阶和级联二阶非线性效应的高速全光波长转换。基于cSFG/DFG实验实现了40 GHz皮秒脉冲固定输入-可变输出(可调谐)、可变输入-固定输出、可变输入-可变输出等多功能全光波长转换以及同时正反向波长转换。构建新颖的PPLN光波导双环腔可调谐波长转换器基于cSFG/DFG实验实现了可调谐全光波长转换,无需任何外界注入连续光源,装置结构简单易实现,有效降低了系统复杂性和成本。基于cSHG/DFG实验实现了40 GHz皮秒脉冲“广播式”波长转换和40 Gbit/s频移键控(FSK)、光双二进制(ODB)、传号交替反转(AMI)等先进高级调制格式的波长转换。(4)理论和实验研究了基于PPLN光波导二阶和级联二阶非线性效应的高速全光逻辑门。基于SFG实验实现了40 Gbit/s NRZ非(NOT)门,理论研究了40 Gbit/s双向半减器、异或门(XOR)、或门(OR)。基于cSFG/DFG提出并理论研究了仅利用单个PPLN光波导同时实现40 Gbit/s与(AND)门、XOR门、OR门、半加器和半减器。实验实现了20 Gbit/s和40 Gbit/s叁信道NRZ和RZ输入AND门以及20 Gbit/s和40 Gbit/s叁信道NRZ-DPSK和RZ-DPSK输入XOR门。实验研究了40 Gbit/s CSRZ同时码型转换和AND门、CSRZ-DPSK同时码型转换和XOR门。基于cSHG/DFG实验实现了40 Gbit/s CSRZ的AND门。(5)理论和实验研究了基于PPLN光波导二阶和级联二阶非线性效应的高速全光码型转换。提出一种新颖的PPLN光波导环形镜码型转换器,基于SFG、cSHG/DFG、cSFG/DFG理论研究了40 Gbit/s NRZ到RZ的码型转换。实验实现了基于cSHG/DFG、cSFG/DFG 10 Gbit/s和20 Gbit/s NRZ到RZ的码型转换,采用全光时钟提取的方法获得同步抽运光时钟。提出并理论研究了40 Gbit/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK、NRZ到CSRZ、RZ到CSRZ、NRZ-DPSK到CSRZ-DPSK以及RZ-DPSK到CSRZ-DPSK的码型转换并进行了验证性实验。(6)提出并理论研究了基于PPLN光波导的全光信号再生。基于cSHG/DFG且将信号光置于SHG过程准相位匹配(QPM)波长处,此时波长转换具有提高消光比、光信噪比和品质因子的功能,因而可以改善信号质量。(7)理论和实验研究了基于PPLN光波导的全光UWB脉冲信号产生。提出一种新的思路和方法用于产生任意阶UWB脉冲信号,即将UWB脉冲视为“过冲”和“下冲”的合成,利用参量放大可产生“过冲”而参量衰减可产生“下冲”,基于级联PPLN光波导SFG和cSHG/DFG理论研究了UWB Monocycle、UWB Doublet、UWB Triplet、UWB Quadruplet和UWB Quintuplet的产生。基于单个PPLN光波导SFG参量衰减作用实验实现了UWB Monocycle的产生。
郭雄英[9]2007年在《全光波长变换和锁模光纤激光器的研究》文中研究说明本文围绕非线性光纤环形镜的全光开关特性,对基于非线性光纤环形镜的全光波长变换技术和锁模光纤激光器进行了如下研究工作:理论分析了非线性光纤环形镜的全光开关特性,并对基于非线性光纤环形镜全光波长变换系统中信号的转换进行了理论分析,通过近似解析求解,推导出了控制信号脉冲的最佳峰值功率、探测光为脉冲时其与控制信号脉冲间的最佳初始时间延迟的表达式。数值模拟了环镜长度、走离时间、初始时间延迟和控制信号脉冲峰值功率对转换信号波形特性的影响。结果表明,走离效应是导致转换信号波形失真以及峰值功率下降的主要因素。采用增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质,对非线性光纤环形镜构成的“8”字形腔被动锁模掺铒光纤激光器进行了实验研究。当抽运功率为100mW时,实验获得了中心波长1561nm,3dB带宽10nm,脉冲宽度432ps,单脉冲能量0.57nJ,重复频率1.1MHz的锁模脉冲输出。同时,利用可调谐光纤光栅滤波器,进行了“8”字形腔被动锁模掺铒光纤激光器波长可调谐输出的实验研究。在EDFA抽运光功率一定的情况下,通过调节偏振控制器和可调谐光纤光栅滤波器,获得了光谱稳定、输出功率起伏小于0.8dBm、中心波长在1548-1570nm内连续可调的短脉冲输出。
赵婵[10]2006年在《基于SOA的全光逻辑门》文中研究表明未来高速光网络要求避免电子瓶颈,实现全光信号处理,而全光逻辑门作为其中的关键器件,近年来受到越来越广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因其体积小、工作波长范围宽、响应时间短等优点,成为研制高速全光逻辑器件的首选。本文在国家基础研究重大发展项目(G2000036605)、国家高科技发展项目(G2002AA312160)、国家自然科学基金(G60407001)的支持下,对基于半导体光放大器的全光逻辑门进行了较为完善的理论和实验研究,取得了一定的研究成果。主要内容及研究成果如下:(1)在广泛查阅大量国内外文献的基础上,阐述了全光逻辑门的研究背景、全光逻辑门在全光网络中的应用,综述了国内外基于半导体光放大器实现全光逻辑门的研究概况,提出了两个交叉增益调制型全光逻辑门的新型方案。(2)从载流子浓度的速率方程和光功率传输方程出发,基于半导体光放大器的分段模型,研究了半导体光放大器的静态和动态增益特性。(3)提出了一个用半导体光纤环形腔实现全光或非门的新型方案。建立了半导体光纤环形腔的理论模型,并在此基础上模拟了全光或非门的工作过程,对理论计算的结果进行了分析和讨论。最后在实验上进行了验证,得到10Gb/s、20Gb/s和40Gb/s的逻辑或非的实验结果,分析了一些重要实验参数对实验结果的影响。(4)提出了一个用级联单端半导体光放大器实现全光与门和或非门的新型方案。建立了级联单端半导体光放大器方案的理论模型,并在此基础上模拟了全光逻辑与和逻辑或非的工作过程,并对理论计算结果进行了分析和讨论。最后在实验上进行了验证,分别得到20Gb/s逻辑与和逻辑或非的实验结果,并分析了一些重要实验参数对实验结果的影响。实验结果和理论模拟结果符合较好。
参考文献：
[1]. 光纤环形腔半导体激光器全光波长转换技术研究[D]. 赵延. 西南交通大学. 2002
[2]. SOA环形腔激光器应用的理论与实验研究[D]. 徐帆. 华中科技大学. 2006
[3]. 基于饱和吸收体实现光信息处理的研究[D]. 张德祥. 北京邮电大学. 2017
[4]. 和频与差频级联型全光波长转换技术的研究[D]. 郭永娟. 华中科技大学. 2006
[5]. 基于SOA交叉增益调制的可调谐全光波长转换器的研究[D]. 徐源远. 华中科技大学. 2005
[6]. 基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器的研究[D]. 李培丽. 华中科技大学. 2005
[7]. 光纤环形腔半导体激光器全光波长转换特性分析[J]. 赵延, 罗斌, 潘炜, 张晓霞, 吕鸿昌. 激光杂志. 2001
[8]. 基于铌酸锂光波导的高速全光信号处理技术研究[D]. 王健. 华中科技大学. 2008
[9]. 全光波长变换和锁模光纤激光器的研究[D]. 郭雄英. 新疆大学. 2007
[10]. 基于SOA的全光逻辑门[D]. 赵婵. 华中科技大学. 2006
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