高速全光波长转换器滤波过程的优化

论文摘要

全光波长转换器是自动交换光网络中波长级交换的关键光电子器件,它对组建灵活的全光网络和充分利用有限的波长资源起到重要作用。半导体光放大器凭借其较大的非线性、直接电流泵浦、低成本、易集成等优点已经成为处理高速光信号的关键器件,基于SOA的40Gb/s以下速率的全光波长转换方案已经是比较成熟的技术。但是对于比特率高于40Gb/s的高速波长转换,SOA相对较长的载流子寿命使得基于SOA的波长转换方案的转换速率受到了极大限制。近来,利用SOA级联光滤波器减小SOA载流子慢恢复对波长转换结果的影响从而实现高速全光波长转换的报道不断,SOA级联光滤波器结构应该是实现640Gb/s甚至更高速率的全光波长转换器的可行方案之一。因此本文的工作旨在通过数值模拟对SOA级联光滤波器实现高速全光波长转换的机理进行全面深入的研究,并在此基础上着重对光滤波器的结构参数进行优化,使之对SOA的输出光有最好的滤波效果,改善波长转换质量。主要内容和成果如下:(1)在广泛查阅国内外文献的基础上,介绍了研究高速全光波长转换器的背景和意义,并综述了近年来基于SOA级联光滤波器实现高速全光波长转换的方案。(2)介绍了SOA中的高速非线性效应和超快非线性效应。并详细阐述了考虑载流子加热和光谱烧孔两种SOA超快非线性效应时,建立适于模拟超短脉冲传输过程的物理和数学模型的方法,并在此基础上分析了SOA载流子和增益的慢恢复现象以及线性和非线性码型效应的概念和产生原理。(3)建立了SOA级联失谐窄带滤波器的数值分析模型,以40Gb/s信号脉冲注入为例,深入分析了SOA级联失谐窄带滤波器实现高速的同相和反相波长转换的原理。并通过数值模拟优化了窄带滤波器结构参数,改善波长转换质量。(4)建立了SOA级联非对称马赫泽德干涉仪(AMZI)的数值分析模型,以40Gb/s信号脉冲注入为例,深入分析了SOA级联AMZI再级联失谐窄带滤波器实现高速的同相波长转换的原理以及SOA级联AMZI实现多波长全光转换器的原理。并通过数值模拟优化了AMZI和窄带滤波器结构参数,改善波长转换质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 从电交换到光交换
• 1.2 基于SOA 的全光波长转换器的研究意义和基本类型
• 1.2.1 研究全光波长转换器的意义
• 1.2.2 基于半导体光放大器的全光波长转换器的种类
• 1.2.3 SOA 增益的慢恢复对转换速率的限制
• 1.3 国内外研究概况
• 1.4 本文的主要工作
• 2 半导体光放大器理论模型
• 2.1 SOA 高速响应过程
• 2.1.1 SOA 中非线性效应
• 2.1.2 SOA 高速响应理论方程
• 2.2 SOA 超快响应过程
• 2.2.1 超快非线性效应
• 2.2.2 SOA 超快响应理论方程
• 2.3 SOA 超快响应数学模型的建立
• 2.4 SOA 增益的慢恢复
• 2.5 探测光的相位变化及其引起的线性非线性码型效应
• 2.5.1 探测光的相位变化
• 2.5.2 线性和非线性码型效应理论
• 2.6 本章小结
• 3 SOA 级联失谐NBPF 滤波过程的优化
• 3.1 高速反相波长转换基本原理
• 3.2 高速同、反相波长转换解析分析
• 3.3 NBPF 结构参数与滤波过程的优化
• 3.3.1 失谐量对波长转换结果的优化
• 3.3.2 滤波器带宽的优化选择
• 3.3.3 滤波器形状的优化选择
• 3.4 本章小结
• 4 SOA 级联AMZI+失谐NBPF 滤波过程的优化
• 4.1 方案原理
• 4.2 AMZI 结构参数与滤波过程的优化
• 4.2.1 两臂相位差对输出的影响
• 4.2.2 两臂延时差对输出的影响
• 4.3 NBPF 失谐量与滤波过程的优化
• 4.4 本章小结
• 5 基于SOA+AMZI 的高速多波长转换
• 5.1 方案原理
• 5.2 基于数值模拟的方案可行性分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 数值模拟中SOA 参数表