全光波长变换器及其在光网络中的应用研究

论文题目: 全光波长变换器及其在光网络中的应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 方捻

导师: 黄肇明

关键词: 全光波长变换器,半导体光放大器,全光缓存器,非对称孪生波导技术,正交模式,光混沌保密通信,偏振态移位健控调制

文献来源: 上海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来全光通信网(AON)成为光通信领域的一个研究热点,也是未来光网络发展的必然趋势。AON的关键技术主要包括光交换/光路由、光交叉连接、波长变换以及光缓存等。光交换/光路由实质是波长交换或波长路由,AON在干线网的交叉节点引入OXC和波长变换器,从而形成了端到端的“虚波长”通道,只要各段链路分别存在未被占用的空闲波长,就可以通过波长变换器建立通信路由,大大提高了波长利用率。尤其是对大容量、多节点的网状网,波长变换器的加入能大大降低网络的阻塞率。波长变换技术已经成为光通信基础研究的一个热点,并且已应用于一些全光试验网中。本论文主要包括以下内容:首先,采用半导体光放大器(SOA)的自发辐射(ASE)和延迟干涉仪实现了不用外加探测光、码字又同相的XGM全光波长变换。借助SOA的ASE作探测光,利用SOA的交叉增益调制效应实现全光波长变换,对变换后的ASE输出滤波,可选出所需要的一个或多个变换波长,再通过一个非对称的马赫-泽德尔干涉仪(AMZI)将系统变换后的反相码转换为同相码。该方案可取得较高的变换效率和较宽的变换带宽,使系统更加简单,提高了性价比。其次,提出一个用于HORNET接入控制的可变光延迟线及其改进型——十进制可编程光缓存器的设计方案。可变光延迟线的主要特点在于利用了四波混频波长变换技术,具有结构紧凑、性价比高、对信号透明以及延迟范围适合于IP包的实际长度等优点。可变光延迟线方案可以推广变成一个十进制、可编程的光缓存器,从而具有更加广阔的应用价值。不仅可用于光信号处理领域、光包交换网的交换系统和接入系统,还可用于军事领域中导弹的精确制导或微波雷达技术领域代替用电缆制作的延迟线。改进后的缓存器利用数学上常用的十进制的进位关系,采用级联结构,实现了可编程的大范围光延迟;利用两个四波混频波长变换器级联的结构实现了同一信道组内波长信道的逐级递减;可灵活用于不同速率的光信号与电信号的延迟;每级缓存器实现模块化,便于按需灵活接配使用。第三,把可变光延迟线用于HORNET网节点,提出两种新节点模型和两种

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 光通信网络的研究进展

1.2 集成光学发展概述

1.3 混沌保密通信的发展现状

1.4 论文的主要研究内容

第二章全光波长变换技术概述

2.1 引言

2.2 基于交叉增益调制(XGM)效应的波长变换技术

2.3 基于交叉相位调制(XPM)效应的波长变换技术

2.4 基于四波混频(FWM)效应的波长变换技术

2.5 基于差频(DFG)效应的波长变换技术

2.6 本章小结

第三章 SOA-ASE 频谱分割全光波长变换器研究

3.1 引言

3.2 半导体光放大器（SOA）的工作原理

3.3 ASE 频谱分割实现波长变换的工作原理

3.4 光纤非对称马赫-泽德尔干涉仪（AMZI）的工作原理

3.5 实验和结果

3.6 本章小结

第四章可变光缓存器设计

4.1 课题来源与研究意义

4.2 用于HORNET 接入控制的可变光延迟线的设计

4.2.1 可变光延迟线方案结构与原理

4.2.2 仿真结果和分析

4.3 十进制可编程光缓存器的提出

4.3.1 十进制可编程光缓存器的结构

4.3.2 十进制可编程光缓存器的工作原理及特点

4.3.3 十进制可编程光缓存器设计举例

4.3.4 仿真结果

4.4 本章小节

第五章 HORNET 网 MAC 层协议的改进

5.1 HORNET 网简述

5.1.1 HORNET 的体系结构

5.1.2 HORNET 节点

5.2 相关的MAC 层协议

5.2.1 具有多个时隙大小的分时隙CSMA/CA 协议

5.2.2 不分时隙的可重传的CSMA/CA 协议

5.3 改进的无优先级的MAC 层协议

5.3.1 带有可变光延迟线的节点新结构

5.3.2 基于新节点结构的改进的不分时隙的CSMA/CA MAC 方案

5.4 进一步改进的有优先级的MAC 层协议

5.4.1 带可变光延迟线和IP 包优先级检测的节点新结构

5.4.2 基于新节点结构的进一步改进的MAC 方案

5.4.3 仿真结果

5.5 本章小结

第六章非对称孪生波导结构理论分析

6.1 引言

6.2 一个通用的光子集成平台——非对称孪生波导技术

6.3 ATG 结构的分析方法

6.4 非对称孪生波导(ATG)结构的理论分析

6.4.1 非对称五层波导的正交模式分析

6.4.2 多量子阱波导的理论模型

6.4.3 MQW 波导与无源波导的ATG 结构的理论分析

6.5 计算实例

6.6 本章小结

第七章 PolSK 光混沌通信系统的保密性分析

7.1 引言

7.2 实验系统及工作原理简介

7.3 判定系统信号的混沌性

7.3.1 直接观测法

7.3.2 Lyapunov 指数分析法

7.3.3 自功率谱密度分析法

7.4 系统保密性分析

7.4.1 最小嵌入维数计算

7.4.2 抗攻击性分析

7.5 本章小结

第八章总结与展望

8.1 本文工作总结

8.2 进一步的工作

参考文献

作者在攻读博士学位期间公开发表的论文

作者在攻读博士学位期间申请的专利

作者在攻读博士学位期间所做的项目

致谢

博硕士学位论文同意发表声明

发表意见书

发布时间: 2006-12-12

参考文献

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