先进光网络中的光信号处理关键技术研究 ——码型转换、光时分解复用、光频变换

论文摘要

在将近半个世纪的发展中,光纤通信经历了一系列革命性的变化,在更高容量和更长中继距离方面取得了长足发展。随着互联网和多媒体技术的飞速发展,对光网络技术提出了更大挑战。先进的光通信技术以其高速、宽带的明显特征为世人瞩目。在先进光网络中,迫切需要高性能、新型的光信号处理技术,来避免电子处理的瓶颈,提高网络的吞吐量和灵活性。光信号处理技术涉及光通信、光电子、半导体物理、非线性光学等多学科知识,是目前研究的热点,也是一个难点。本论文对先进光网络中的光信号处理关键技术进行了探索性、前瞻性的理论研究,主要包括基于半导体光放大器（SOA）和量子点半导体光放大器（QD-SOA）的码型转换、光时分解复用和光频变换等光信号处理技术。主要研究工作和创新点为:分析了先进光网络中光逻辑、光波长转换和光时分解复用等光信号处理技术的研究现状,评述了各种基于SOA的光信号处理方案的工作机理和系统性能,阐述了QD-SOA的工作原理和特点,给出了QD-SOA的理论分析模型。提出了一种QD-SOA和马赫-增德尔干涉仪相结合（QDSOA-MZI）的非归零码（NRZ）到归零码（RZ）的码型转换方案,建立了数学分析模型,验证了所提方案的有效性。深入分析了此高速码型转换器的性能,得出了设计该类码型转换器的若干规则和关键参数的取值范围。提出了基于QD-SOA的光时分解复用方案,对320Gbit/s和160Gbit/s的高速解复用操作进行了数值仿真,分析了QD-SOA参数和注入光脉冲等参数对解复用器性能的影响,得出了设计此类光时分解复用器的若干规则和关键参数的取值范围。提出了基于SOA中双泵浦四波混频效应的光频率转换方案,通过理论分析和数值仿真初步验证了方案的可行性,并分析了偏置电流、泵浦功率和频率间隔对上行转换效率的影响。结果表明该方案可应用于RoF系统中,实现光射频信号的频率转换以及光毫米波的产生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 先进光网络中光信号处理技术的研究现状
• 1.2.1 光复用技术
• 1.2.2 超短脉冲光源
• 1.2.3 光逻辑与光信号处理
• 1.2.4 光信号处理的关键技术
• 1.2.5 光信号处理的发展方向
• 1.3 RoF系统
• 1.3.1 RoF技术的发展与研究现状
• 1.3.2 RoF系统的光处理技术
• 1.4 本论文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 量子点半导体光放大器
• 2.1 QD-SOA的结构和工作原理
• 2.2 QD-SOA的理论模型
• 2.3 QD-SOA的应用
• 2.3.1 宽带、大功率放大器
• 2.3.2 超高速全光信号处理
• 参考文献
• 第三章 超高速全光码型转换方案
• 3.1 引言
• 3.2 工作原理与理论分析
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 QD-SOA的模型
• 3.2.3 对QDSOA-MZI建模
• 3.3 数值仿真与参数设计
• 3.3.1 对转换器输出信号的仿真
• 3.3.2 转换器性能分析
• 3.4 结论与讨论
• 参考文献
• 第四章 OTDM系统的解复用技术
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.3 数值仿真与参数设计
• 4.3.1 QD-SOA参数对解复用器性能的影响
• 4.3.2 对解复用器输出信号的仿真
• 4.3.3 光信号参数对解复用器性能的影响
• 4.4 结论与讨论
• 参考文献
• 第五章 射频光信号的超高速频率转换方案
• 5.1 引言
• 5.2 基本原理
• 5.3 方案设计
• 5.3.1 系统结构
• 5.3.2 数值分析模型
• 5.4 数值仿真结果与讨论
• 5.5 小结
• 参考文献
• 附录Ⅰ 缩略语
• 附录Ⅱ 符号表
• 致谢
• 博士期间的论文