基于半导体光放大器的全光信号处理研究进展

本文介绍了基于半导体光放大器非线性光学特性的全光信号处理研究进展。探讨基于半导体光放大器的光波长转换,光信号再生、光逻辑门以及光信号的码型转换等全光信号处理单元。分析国内外各种全光信号处理方案,总结其特色,并对未来发展趋势以及光子集成提出了展望。

基于SOA的100G全光信号处理

本文主要介绍了利用半导体光放大器(SOA)进行100G全光信号处理的相关成果。采用SOA后置偏移滤波的方案实现了100Gb/s的时分复用(OTDM)的归零码信号的全光逻辑门;采用基于交叉增益压缩(XGC)和瞬间交叉相位调制(T-XPM)的方案,实现了对于100Gb/s的时分复用(OTDM)的归零码信号的全光2R再生和全光3R再生。

面向全光信号处理的三角形光脉冲产生技术

三角形光脉冲在时域范围内具有前后沿恒定变化特性,使得其在全光信息处理领域获得了广泛应用。主要针对目前国内外提出的两类三角形光脉冲产生方法:(1)电光法;(2)全光法,简单介绍了几种具体的获得稳定三角形光脉冲串的方法,从所产生三角形脉冲的重复频率、脉冲宽度以及系统稳定性、实验优缺点等方面进行分类比较,并重点介绍了一种利用连续波光调制结合色散所致功率衰落的脉冲生成方法。

超高速光传输中的全光信号处理

在过去的二十年里,光纤通讯技术朝着更高容量和更长中继距离方向取得了长足进展;其目标是实现价格低廉的干线传输系统,以适应公用网的发展。新近发展的掺铒光纤放大器技术已使10Gb/s的高速光传输系统成为可能。然而,由于这些传输技术仍然依赖电子电路对高速信号的处理能力,预期在不远的将来,传输速度及传输码率会遇到电子“瓶预”,并且,为适应B-ISDN时代的到来,将会有大量的数据及图像信息通过光缆提供给用户,因此。

半导体光放大器的光-光互作用及在全光信号处理中的应用(Ⅰ)

半导体光放大器(SOA)中非线性系数约为普通光纤的109倍,为光子晶体光纤的107倍。有4种光-光互作用,即交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制和四波混频,可以灵活地组成各种光信号处理器件,如波长变换器、全光触发器、全光逻辑、全光时钟恢复、全光缓存器,正成为整个光信号处理的基础。介绍了这些技术的同时,分析当前应用的制约因素,指出半导体光放大器集成是下一步发展的必然趋势。

半导体光放大器的光-光互作用及在全光信号处理中的应用(Ⅱ)

半导体光放大器(SOA)中非线性系数约为普通光纤的109倍,为光子晶体光纤的107倍。有4种光-光互作用,即交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制和四波混频,可以灵活地组成各种光信号处理器件,如波长变换器、全光触发器、全光逻辑、全光时钟恢复、全光缓存器,正成为整个光信号处理的基础。介绍了这些技术的同时,分析当前应用的制约因素,指出半导体光放大器集成是下一步发展的必然趋势。

基于SOA的环形腔激光器在全光信号处理中的应用

半导体光放大器(SOA)因其具有良好的光-光互作用特性,包括交叉增益调制、交叉相位调制、交叉偏振调制以及四波混频等,在全光信号处理技术中已经获得了广泛的应用。利用SOA与光纤反馈可构成环形腔激光器S-FRL。在S-FRL中将SOA的光-光互作用特性与反馈条件相结合,可以改变S-FRL的起振、抑制、选频等多种状态,从而构成不同功能的全光信号处理器件。在分析S-FRL激光振荡原理的基础上,提出了双环耦合的S-FRL,并以此为基础构成一种双环耦合的双稳态触发器,进而构成一种同步脉冲展宽器;还提出了一种级联的S-FRL,由此构成一种基于负逻辑的全光判决器。

高速光通信中的全光数字信号处理技术

全光信号处理技术是将某个光信号通过另外的光信号对其的振幅、相位等信息进行变动和控制。全光信号处理需要包括很多个环节,如放大、缓存、信号再生等等。将全光信号处理技术有效应用到通信网络上,可以促进网络传输速率、宽带利用率的提高。所以在以后的光通信网络发展中,全光信号处理技术的作用和意义是非常重要的,必须予以重视。

基于PPLN波导的全光逻辑信号处理器设计思路

针对全光网中重要的全光逻辑信号处理技术,本文分析了几种典型的利用PPLN波导实现的全光逻辑信号处理器的设计方案,提出了基于PPLN波导的全光逻辑信号处理器的设计思路,先根据单个PPLN波导能实现的逻辑运算来确定合适的逻辑表达式,再在满足级联条件下,结合PPLN波导实现逻辑非运算的原理,用PPLN波导级联的方式实现逻辑表达式,最后用M A T L A B仿真得到相关性能指标,从而分析方案可行性。本设计思路为其他全光逻辑器件的研究和设计提供了一些参考。

简并四波混频实现全光信号幅度整形的系统设计

对光纤中简并四波混频(DFWM)耦合波方程进行数值求解,通过分析发现:泵浦光功率的增大会导致泵浦光与反斯托克斯光之间能量交换周期减小。阐述了优化光纤中DFWM实现全光信号幅度整形的机理。在此基础上设计了一个优化的全光信号幅度整形系统,并进行了系统仿真,结果表明:通过再生系统后,信号的消光比从9.46dB提升到30.40dB,品质因子从15.95提升到了180.40。

基于PPLN波导的全光普通4线——2线编码器研究

全光逻辑与全光运算是全光网中的关键技术,目前全光逻辑运算器件不全,为了扩展逻辑运算器件在全光领域的应用,笔者在另一篇论文中提出了基于PPLN波导的全光普通4线-2线编码器的设计方案,该方案利用五个PPLN波导前后级联最终实现普通4线-2线编码器两路输出信号的逻辑。文章主要对该设计方案进行了数值计算和仿真,得到了各路信号波形和眼图,计算了消光比,对比了脉冲宽度和峰值功率延迟时间。从仿真波形和计算结果来看,全光普通4线-2线编码器的设计方案能实现全光普通4线-2线编码器的逻辑功能,且质量较好,延拓了全光逻辑运算器件的思路,为研究新型全光逻辑运算器件提供参考。

基于半导体光放大器的超快全光波长转换

本文介绍了在基于半导体光放大器的高速全光波长转换中的速度受限现象,以及导致速度受限的主要原因———半导体光放大器的载流子寿命.将国内外学者所采用的各种提高基于半导体光放大器的全光转换速度的主流方案归纳总结为三种类型,对其进行简要的阐述,并分别分析其优势及不足。

全光归零(RZ)到非归零(NRZ)码型转换技术研究进展

随着多媒体网络服务业务类型的不断出现,人们对因特网带宽需求日益增长,未来的超高速大容量光子网络很可能是波分复用与时分复用相结合的智能网络。全光归零(RZ)到非归零(NRZ)的码型转换技术,是构建这种网络的关键技术之一,它能避免电子学器件的速率瓶颈,将时分复用(OTDM)与波分复用(WDM)有机结合,在光域内实现不同调制格式的数据在网络的不同部分之间自由传输,已经引起了越来越多人们的兴趣。介绍了当前全光归零到非归零码型转换技术的最新研究进展,分析了其工作原理,优缺点及性能参数,指出了目前存在的技术难点问题,最后对其发展前景进行了展望。

测试光网络的突发信号源研究

随着IP业务的增长,光接入网和交换网中的数据业务呈现明显的突发特征,需要一种反映实际突发性的光信号源.本文通过对突发数据包物理特征的分析,提出了一种生成数据包的方法,给出了由均匀分布产生某一概率分布数据包的证明.分析了光调制器件的增益特性,提出改善突发信号质量的二级调制方法,并进行了相关实验,取得了预想的结果.

基于SOA辅助的全光逻辑异或门性能研究

分析有SOA辅助设计的Sagnac全光逻辑异或门、SOA-MZI全光逻辑异或门和基于SOA-MZI双端输入的全光逻辑异或门的结构及工作原理,比较3种逻辑异或门的性能、系统的复杂度等.在此基础上,提出一种改进的基于SOA-MZI全光逻辑异或门,并分析方案的可行性.最后讨论方案的数学模型及建模方案.数值分析表明,该方案能够有效的实现逻辑异或功能,且适当调整参数,系统性能将优于现有的SOA-MZI全光逻辑异或门.

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。

QPSK信号下富碳化硅双slot波导的相位敏感放大特性研究

相位敏感放大可以改善光通信传输链路的传输性能,是全光信号处理领域中的重要组成部分。本文通过结合一种碳硅原子比为1.28的富碳化硅,构建了水平双slot结构的硅基波导模型。该模型的色散平坦部分覆盖500 nm左右的波段且具有多个零色散点,非线性系数最高可达20000 W^(-1)·m^(-1)。通过采用有限元法分析计算其在通信波段的模场分布、色散特性及非线性特性。同时结合结构尺寸优化后的波导模型,建立了在硅基波导中基于四波混频效应的光传输模型,并求解分析了该波导在QPSK信号下的相位敏感特性。仿真结果表明该波导可以实现34 dB相敏增益,在片上信号处理领域具有潜在的应用前景。

基于PPLN波导的全光普通4线2线编码器设计

针对目前已设计及实现的全光逻辑信号处理器有限的问题,本文研究并提出了基于PPLN波导的全光普通4线-2线编码器的设计方案。利用PPLN波导逻辑运算的基本原理,设计了普通4线-2线编码器的输出逻辑表达式,并在PPLN波导作逻辑非运算的原理和PPLN波导级联的条件下,利用5个PPLN波导实现了普通4线-2线编码器的逻辑功能。此方案中的所有信号均为光信号,无需在电域上进行信号处理,因此该方案能实现全光普通4线-2线编码器,为全光逻辑信号处理器件的研究开发提供一些参考。

高速光通信中的全光数字信号处理技术

2016年美国光纤通讯展览会及研讨会(OFC)报道了光传输速率105.1 Tbit/s、传输距离14350 km的实验方案,高速光传输技术日渐成熟丰富,全光交换成为全光网的关键。光交换网络节点对高速光信号进行处理,主要包括全光逻辑、波长变换、全光缓存、全光计算等核心全光信号处理技术。本文在课题组研究工作基础上,介绍现代高速光通信中全光数字信号处理技术。

一种全光信号优化结构的设计与实现

利用两段色散互补的单模光纤跨段,并结合一个相位偏移器,设计出了一种基于光纤自相位调制效应的全光信号优化结构。理论分析了光纤中的自相位调制效应,介绍了优化结构的工作原理和基于半导体光放大器(SOA)与马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的全光异或原理,并通过光通信系统设计软件OptiSystem搭建了全光异或门和全光信号优化结构的仿真模型,分别对速率为10Gb/s和40Gb/s的全光异或输出结果进行了优化,使得异或输出消光比分别从10dB和9dB提高到约26dB,并得到质量优良的输出眼图。结果表明,常规的全光异或输出消光比普遍较低,通过全光信号优化结构可以使消光比得到大幅提高,改善输出信号的质量。