基于积分剥层算法的啁啾管理激光器优化设计

作     者：朱曾元 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：奚燕萍;李洵

授予年度：2017年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：啁啾管理激光器 光谱重整形 色散预补偿 

摘      要：人们对日益增加的通信带宽的需求,使得光纤通信系统快速地走向大容量、高速率的道路。高速长距离无源光网络以及城域交换网的商业化使得光器件性能与价格并重。传统的DML结构简单,制作成本相对较低。但受带宽和频率啁啾的限制,它通常只能用于短距离接入网的通信传输。啁啾管理激光器(CML)是一种基于直接调制激光器(DML)的新型发射机技术,它使得原有的直接调制激光器能在更高速率下满足更远的传输距离要求,可用于更高速的短距离接入网,长距离接入网以及城域交换网等。与外调制激光器,例如电吸收调制激光器相比,CML仍具有器件结构简单,功耗低,价格低等优点。CML主要包括一个直接调制激光器(DML)和光谱整形单元(OSR)。在以往的研究中,OSR常常采用多腔的标准具滤波器或者多环谐振滤波器,这种滤波器的谱域响应是具有周期性的梳状谱。如果选择一种具有单一窄带通特性的滤波器,不仅可以起到提高消光比的效果,还可以有效滤除噪声。然而此类基于FP干涉的滤波器的一个共同问题是其通带边沿锐度和带宽无法单独调谐。因此,在本文中,以独立优化OSR单元的各频谱特性为目的,提出并研究了利用积分剥除算法(integral layer-peeling,ILP)反推基于光栅结构的OSR单元。之后,本文建立了用于仿真CML信号的产生、传输和接收的数值模型,研究了影响CML在标准单模光纤中传输特性的几个重要因素,包括DFB激光器的绝热啁啾,OSR带宽及其边沿斜率,分别给出了10 Gbps和25Gbps调制速率下CML的优化设计。最后,本文进一步利用IPL算法反推了能够满足给定色散特性的光栅OSR单元,以获得具有色散预补偿效果的CML,从而进一步提高信号的传输距离。本文主要内容:1)利用ILP算法反推出基于光栅结构的OSR单元,即建立光栅的反推程序,使得在给定光栅反射谱的条件下反推出光栅结构用做CML的光谱整形单元。2)建立仿真CML及其信号传输和接收的光纤传输链路模型,包括基于一维行波模型的DFB仿真模型和OSR滤波模型,光纤传输模型,光接收机模型。3)利用上述模型研究10 Gbps和25 Gbps CML的优化设计放案。4)利用ILP算法,在OSR中进一步引入色散预补偿机制,使得CML的输出光信号能在标准单模光纤中获得更远的传输距离。