全光通信网关键技术的研究与实现

论文摘要

目前光通信系统中的电子交换方式已经限制了光纤通信优势的发挥，出现了所谓的“电子瓶颈”问题，而全光网络将突破电交换的瓶颈成为下一代网络的核心技术，引起了广泛的研究兴趣。在这样一个大背景下，本文在国家863计划以及国家自然科学基金的资助下，围绕着新型光路交换的全光网络，进行了包括全光环境下超长距离传输的实现、40Gbps传输技术、全光时钟提取等关键技术的研究，并对基于分布式光路交换的全光网络的基础理论和具体实现等方面进行了一系列深入的研究，所取得的主要研究成果如下： ■ 利用啁啾光纤光栅(CFBG)补偿长距离传输系统的色散。在全所师生共同完成的863项目实现的10Gbps非归零码(NRZ)3100km(带FEC)的超长距离传输的基础上，进一步优化系统实现了2015km(无FEC)无误码传输。突破了以往大量实验研究认为的在利用啁啾光纤光栅补偿色散的传输系统中若采用NRZ则传输距离一般局限在1000km左右的认识。同时利用归零码(RZ)码和载波抑制归零码码(CSRZ)在啁啾光纤光栅补偿色散的传输系统中实现2560km低功率代价无误码传输，首次将高级调制码型运用于利用啁啾光纤光栅补偿色散的传输系统中，以点对点的方式实现了超过2500km的超长距离传输。 ■ 比较和分析了啁啾光纤光栅的反射谱纹波、群时延纹波以及带宽对NRZ、RZ和CSRZ码三种调制码型的不同影响，对啁啾光纤光栅的不理想特性对使用高级调制码型传输系统的影响给出了物理解释。 ■ 通过数值仿真，验证了啁啾光纤光栅在高速(＞40Gbps)系统中具有有效抑制信道内非线性的特点；研究了将啁啾光纤光栅应用于利用相位调制码型的40Gbps传输系统色散补偿的特点，定量比较和分析了在相位调制系统中使用色散补偿光纤和啁啾光纤光栅补偿链路色散的不同特点。 ■ 首次采用了啁啾光栅和半导体光放大器方式实现了NRZ信号时钟分量的增强，实现了基于受激布里渊散射效应的、对传输速率不敏感的的RZ、CSRZ和NRZ信号时钟分量提取，并对该方案中影响时钟分量提取的因素进行了详细分析。 ■ 实现了基于光路交换的四节点全光通信网演示系统。该全光网采用分布式交换，其端到端连接的特点从物理结构上最大程度保证了网络安全。该网络的实现为开展各种光传输实验、网络业务研究提供了平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超长距离波分复用传输技术的发展水平和研究现状
• 1.2.1 超长距离WDM传输的意义、研究内容和进展情况
• 1.2.2 基于啁啾光纤光栅色散补偿的WDM超长距离传输系统的研究现状
• 1.3 全光时钟提取的研究现状
• 1.4 全光通信网的研究、实现及发展前景
• 1.4.1 全光网的研究意义
• 1.4.2 全光交换的实现方法、研究现状及应用前景
• 1.5 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 基于光纤光栅补偿色散超长距离传输的实现
• 2.1 引言
• 2.2 光纤光栅在超过长距离传输中实现色散补偿原理
• 2.2.1 啁啾光纤光栅的耦合模理论分析
• 2.2.2 基于啁啾光纤光栅色散补偿系统的数值仿真分析
• 2.3 12×10Gbps 3100km NRZ传输
• 2.3.1 色散补偿啁啾光纤光栅特性及其优化使用
• 2.3.2 12×10Gbps NRZ 3100km传输的实现
• 2.3.3 利用RZ、CSRZ码实现2560km低功率代价无误码传输
• 2.4 光纤光栅的不理想特性对不同调制码型传输性能的影响
• 2.4.1 光纤光栅不理想特性产生的原因分析
• 2.4.2 啁啾光纤光栅不理想特性对不同调制码型传输系统的影响
• 2.4.3 实际验证实验
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 40Gbps系统传输技术
• 3.1 引言
• 3.2 超高速调制系统中信道内部非线性的影响
• 3.3 相位调制格式在40Gbps传输系统中应用的研究
• 3.3.1 相位调制方式在40G系统中的应用
• 3.3.2 ASE噪声和非线性相位噪声对DPSK传输系统影响的比较
• 3.3.3 利用色散补偿光纤和啁啾光纤光栅实现40Gbps传输色散补偿的性能对比
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 全光时钟提取的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于SOA的SPM效应的NRZ时钟分量增强研究
• 4.2.1 利用SOA产生SPM效应增强NRZ信号时钟分量的原理
• 4.2.2 利用SOA和AWG增强NRZ信号时钟分量
• 4.2.3 利用SOA和啁啾光纤光栅增强NRZ信号时钟分量
• 4.3 利用SBS效应实现RZ、CSRZ和NRZ码时钟提取
• 4.3.1 利用SBS效应实现时钟提取的原理
• 4.3.2 基于受激布里渊效应提取时钟的性能分析
• 4.3.3 利用SBS效应实现RZ码时钟提取
• 4.3.4 利用SBS效应实现CSRZ码时钟提取
• 4.3.5 利用SBS效应实现NRZ码时钟提取
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于光路交换的全光通信网的实现及其优化
• 5.1 引言
• 5.2 光路交换的全光网的特点和原则
• 5.3 基于光路交换全光网的具体实现
• 5.3.1 光路交换全光网络节点的光路实现
• 5.3.2 程控多码型调制方式网络节点的实现
• 5.3.3 环形全光网络自愈功能的实现
• 5.3.4 网络管理的实现
• 5.4 基于本论文环形全光网络的波长需求问题
• 5.5 全光网性能优化分析与讨论
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 本论文的主要研究成果
• 6.2 下一步拟进行的研究工作
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文