基于QD-SOA级联XGM与XPM波长转换Q因子特性

为了改善量子点半导体光放大器(QD-SOA)全光波长转换器的转换性能,提高输出信号的质量并降低转换出错率,对级联XGM与XPM波长转换器的Q因子和误码率进行了研究。通过研究XGM和XPM,在求解载流子跃迁速率方程和光场传输方程时使用牛顿迭代法和四阶龙格-库塔法,分析了损耗系数、最大模式增益、注入电流、有源区长度、探测光功率、信号光功率、电子从激发态ES到基态GS的跃迁时间对全光波长转换器Q因子和误码率的影响并与XPM波长转换对比。结果显示,增大注入电流、有源区长度和探测光功率,减小损耗系数、最大模式增益、信号光功率、电子从激发态ES到基态GS的跃迁时间能够提高波长转换器的Q因子,降低误码率。通过优化各项参数能提高输出信号的质量,降低误码率,且Q因子大于XPM波长转换,性能更优越。

基于QD-SOA级联XGM与XPM全光逻辑或门的研究

为了提高全光逻辑门性能,对基于量子点半导体光放大器(Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifier,QD-SOA)提出了一种级联XGM与XPM全光逻辑或门的设计方法。在QDSOA三能级模型的基础上,将QD-SOA细化分段,使用牛顿迭代法和四阶龙格-库塔法求解速率方程,对这种全光逻辑或门进行仿真分析。计算结果表明:增大电流强度和有源区宽度,减小最大模式增益和损耗系数,可以提高对比度、Q因子、消光比和转换效率;增大泵浦光功率可以提高消光比和对比度,但是会减小Q因子和转换效率。当泵浦光功率为10 dB、最大模式增益为2500 m^-1、电流强度为60 mA、有源区宽度为2.0μm以及损耗系数为3.2时,全光逻辑或门具有较好的性能。因此,为了提高全光逻辑门的性能,必须优化并选取合适的参数,这对全光逻辑门性能具有一定的指导意义。

全光逻辑异或门相位差特性研究

为了改善全光逻辑门的相位差特性,对全光逻辑异或门的相位差进行了研究。采用细化分段模型对量子点半导体光放大器的动态过程进行建模,利用牛顿法和4阶龙格-库塔法求解三能级跃迁速率方程以及光场传输方程,实现了基于量子点半导体光放大器马赫-曾德尔干涉仪结构的全光逻辑异或门;研究了有源区长度、最大模式增益、输入抽运光功率以及输入抽运光脉冲宽度对通过干涉仪两臂探测光相位差的影响,同时讨论了探测光的相位差与输出光功率的关系。结果表明,增大有源区长度、最大模式增益以及输入抽运光功率,均能使探测光相位差增大;随着抽运光脉冲宽度增大,探测光相位差先增大而后趋于平缓,之后不断减小;有源区长度为2.0mm、最大模式增益为3000m-1、输入抽运光功率为5d Bm、抽运光脉冲宽度为1.0ps时,最大相位差增加至0.3277π;随着探测光相位差增大,输出光功率增大;通过优化参量可以增大探测光的相位差,而输出光功率会随着探测光相位差的增大而增大。该研究为提高转换信号质量提供了参考。

全光逻辑与门转换效率的研究

为了提高全光逻辑门的转换性能,对全光逻辑与门的转换效率进行研究。采用牛顿法和四阶龙格库塔法求解量子点半导体光放大器(QD-SOA)的三能级跃迁速率方程和光场传输方程,讨论全光逻辑与门的转换效率和误码率。结果显示:增加脉冲宽度、最大模式增益以及减小损耗系数、电子从激发态(ES)到基态(GS)的跃迁时间,都会提高全光逻辑与门的转换效率,而增大有源区长度使得转换效率先增大后减小。分别取脉冲宽度为2.0 ps,损耗系数为160/m,有源区长度为2.0 mm,电子从ES到GS的跃迁时间为0.16 ps,最大模式增益为3 000/m时,转换效率提高至7.147 5 d B。但是,选取有源区长度、脉冲宽度和电子从ES到GS的跃迁时间须适当,因为同时获得较高的转换效率与较低的误码率之间存在一定的矛盾。因此,选取参数时要兼顾转换效率和误码率,以提高全光逻辑与门的转换效率,同时减小误码率。

基于比特交织极化编码的MDM系统性能研究

针对极化码在光通信系统中的应用研究,文章将极化编码调制和光纤模分复用(MDM)系统相结合,搭建了基于比特交织极化编码调制的MDM系统,并进行了最大似然(ML)检测算法性能的研究。仿真结果表明,极化码的加入大大提升了系统性能,与非编码的MDM系统相比,采用比特交织极化编码调制的MDM系统在同等模式相关损耗(MDL)值下,系统性能提高了约8 dB。文章还展示了ML和最小均方误差(MMSE)检测算法在MDM系统中的性能以及不同模式损耗对系统性能的影响,其中,ML检测算法相较于MMSE检测算法,在误码性能上提升了约3 dB。

基于QD-SOA的动态啁啾特性研究

光信号的动态啁啾特性会引起光信号的波形发生独特的变化,以复杂的方式影响传输性能。为了分析这一特性,通过求解速率方程和光的传输方程和实验数据作比较,研究了QD-SOA的动态啁啾特性,分析了增益恢复时间和啁啾的关系。结果表明,QD-SOA有较好的蓝移啁啾特性;通过减小泵浦光功率、增大探测光功率和减小电流强度可以减小啁啾,而减小泵浦光功率和减小电流强度所带来的增益恢复时间的增大可以通过适当增加蓝移啁啾来改善。

大规模检测算法在光通信系统中的研究

针对多输入多输出(MIMO)检测算法在大规模模式数目的模分复用(MDM)光纤信道中用来补偿模式相关损耗(MDL)时,会出现计算复杂度过高、性能下降的问题,文章提出将大规模MIMO检测算法应用于光纤信道中。文章研究的算法有最小均方误差(MMSE)、共轭梯度(CG)、高斯-塞德尔(GS)、基于无穷范数的乘子交替方向(ADMIN)法和基于盒约束的优化坐标下降(OCDBOX)法。结果表明,在MDL受损的光通信系统中,OCDBOX算法表现出最好的误码率(BER)性能,但复杂度较高。而ADMIN检测算法具有次好的BER性能和较低的计算复杂度,因此在MDL受损的MDM系统中,ADMIN检测算法可以作为良好的候选方案。