基于半导体光放大器（SOA）的波长转换技术研究

论文摘要

波长转换技术在光纤通信中有着广泛的应用,尤其是在基于波分复用的全光网络中将发挥关键性的作用。通过波长转换技术,可以提高波长的利用率,有效地解决网络中的阻塞问题,简化网络管理,增强网络对故障的适应能力。基于半导体光放大器的波长转换器具有结构简单、容易实现等优点,因此成为近年来研究的热点。本文针对半导体光放大器交叉增益调制型、交叉相位调制型和四波混频型波长转换技术进行了深入的理论和实验研究,具体工作如下:1、分析了进行波长转换技术研究的重要意义,较为全面地概述了波长转换器的种类和发展状况。2、详细分析了半导体光放大器用于波长转换的理论基础,建立了比较完善的半导体光放大器用于模拟交叉增益调制型、交叉相位调制型和四波混频型波长转换的静态和动态分段模型,为数值模拟研究奠定了坚实的基础。3、深入研究了半导体光放大器的增益特性,对半导体光放大器交叉增益调制型波长转换的消光比特性、转换效率和输出信噪比等进行了全面的仿真和实验研究,为实现参数优化提供了详细的理论依据。成功实现了1.25Gb/s的波长转换。4、数值模拟了半导体光放大器交叉相位调制型的同相和反相波长转换,重点研究了其输出消光比特性和输入功率动态范围,并提出了有效的优化参数的新方案。5、对半导体光放大器四波混频型波长转换进行了仿真研究,全面考虑了共轭光对四波混频过程的影响,深入研究了其转换效率和输出消光比特性,获得了对四波混频型波长转换技术的更客观的评价与结论。6、首次提出了半导体光放大器交叉增益调制和交叉相位调制级联的波长转换新方案,并进行了数值模拟,所得结果证明了该方案能够同时获得很高的消光比和很大的输入功率动态范围,并且具有很宽的波长转换范围和能实现无波长转换等众多优点。本文的主要创新工作如下:1、首次提出了半导体光放大器交叉增益调制和交叉相位调制级联的波长转换新方案,该方案能够同时获得很高的消光比和很大的输入功率动态范围,并且具有很宽的波长转换范围和能实现无波长转换等众多优点。2、提出了两路探测光输入功率不相等的理论与方案,获得了半导体光放大器交叉相位调制型的波长转换的优化参数,该方案比传统的交叉相位调制型波长转换具有更高的输出消光比和更大的输入功率动态范围。3、采用半导体光放大器交叉增益调制型波长转换的输入输出特性曲线来分析交叉增益型波长转换的输出消光比特性,该方法较其它方法更能直观地揭示交叉增益型波长转换输出消光比退化的现象及其原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 波长转换器的种类和发展概况
• 1.3.1 光-电-光型波长转换器
• 1.3.2 基于半导体光放大器的全光波长转换器
• 1.3.3 基于激光器的全光波长转换器
• 1.3.4 基于光纤非线性效应的全光波长转换器
• 1.3.5 其它类型的全光波长转换器
• 1.4 本文的主要研究内容和章节安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于SOA的全光波长转换技术的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 半导体光放大器的基本原理与结构
• 2.3 半导体光放大器中的非线性
• 2.4 半导体光放大器中的基本方程
• 2.4.1 基本传输方程
• 2.4.2 载流子速率方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于SOA的全光波长转换器的理论模型
• 3.1 引言
• 3.2 半导体光放大器的分段模型
• 3.2.1 SOA的空间分段
• 3.2.2 时间分段
• 3.3 分段模型下SOA的基本方程
• 3.4 SOA分段模型的求解
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于SOA交叉增益调制型的波长转换研究
• 4.1 引言
• 4.2 半导体光放大器的增益特性
• 4.2.1 半导体光放大器的增益饱和特性
• 4.2.2 半导体光放大器的增益谱
• 4.2.3 半导体光放大器的增益恢复特性
• 4.3 交叉增益型波长转换的数值仿真
• 4.3.1 交叉增益型波长转换的基本原理
• 4.3.2 波长转换结果
• 4.3.3 输出消光比特性
• 4.3.4 转换效率的研究
• 4.4 交叉增益型波长转换的实验研究
• 4.4.1 实验系统描述
• 4.4.2 实验结果及讨论
• 4.4.3 输出消光比特性
• 4.4.4 输出信噪比特性
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于 SOA交叉相位调制型的波长转换研究
• 5.1 引言
• 5.2 半导体光放大器的交叉相位调制效应
• 5.3 交叉相位调制型波长转换的基本原理
• 5.4 交叉相位调制型波长转换的数值仿真
• 5.4.1 波长转换结果及其讨论
• 5.4.2 实现大的输出消光比的条件
• 5.4.3 交叉相位调制型波长转换的输入功率的动态范围
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于 SOA四波混频型的波长转换研究
• 6.1 引言
• 6.2 半导体光放大器四波混频型波长转换的基本原理
• 6.3 四波混频型波长转换的数值仿真
• 6.3.1 四波混频型波长转换结果及讨论
• 6.3.2 四波混频型波长转换的转换效率
• 6.4 本章小结
• 第7章 基于 XGM和 XPM级联的波长转换新方案
• 7.1 引言
• 7.2 XGM和 XPM级联的波长转换方案的设计思路
• 7.3 XGM和 XPM级联的波长转换方案的基本结构
• 7.4 XGM和 XPM级联的波长转换方案的仿真研究
• 7.4.1 XGM和 XPM级联的波长转换结果
• 7.4.2 XGM和 XPM级联的波长转换的输入功率动态范围
• 7.5 XGM和 XPM级联的波长转换方案的优点
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论和展望
• 参考文献
• 附录1 数值仿真所采用的参数值
• 附录2 实验器件实物图
• 附录3 攻博期间发表的论文及相关成果
• 致谢