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基于半导体光放大器非线性效应的波长变换技术研究

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北京教育学院学报（自然科学版） 2006年第3期1卷 1-4页

作者：何敬锁伦秀君王会军任晓敏首都师范大学物理系北京100037 北京化工大学物理与电子科学系北京100029 北京邮电大学光通信中心北京100876

由于半导体光放大器具有的高非线性特性,使得基于半导体光放大器的光子器件在光网络中得到了广泛的应用,本文对基于半导体光放大器的全光波长变换技术进行了讨论,并对各种波长变换技术的优缺点进行了分析。

关键词：半导体光放大器非线性全光波长变换四波混频

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色散平坦微结构光纤及器件的理论与实验研究

色散平坦微结构光纤及器件的理论与实验研究

作者：周会丽北京邮电大学

学位级别：硕士

本论文工作是围绕以下项目展开的:以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900);教育部科学技术重大研究项目“基于微结... 详细信息

本论文工作是围绕以下项目展开的:以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号:2003CB314900);教育部科学技术重大研究项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号:104046)。微结构光纤(Micorstructured Fiber:MSF)的研制成功,是光纤技术领域最新的进展之一,其研究受到了全世界众多研究人员极大的关注。微结构光纤在中心处引入了缺陷作为芯区,而周围排列着许多沿光纤长度方向延伸的空气孔,通过改变空气孔的尺寸和排列方式,可以灵活地控制光纤的传输特性。光纤中微结构的使用为光纤在各个领域的应用打开了新局面,事实上,每个应用领域也是利用了微结构光纤中微结构所赋予的优良特性。微结构光纤为光电子器件的设计提供了新的平台,并展示了许多新的功能。它在通信、非线性光学、传感和光纤器件等许多领域中有广阔的应用前景。本论文主要对色散平坦微结构光纤及相关通信光电子技术进行了理论和实验研究,主要研究内容和创新点如下: 1、采用波束传播法(Beam Propagation Method:BPM),利用商用RSoft软件的BeamPROP模块,结合Matlab辅助设计光纤端面,仿真设计了一种高非线性、色散平坦的微结构光纤。该光纤具有三层不同的空气孔直径,调节各结构参量得到相对最佳的色散和非线性值,在1500nm到1600nm的100nm波长范围内,非线性系数在19.7Wkm～22.6Wkm之间变化,色散值在-1.2ps/(nm·km)～-2.4ps/(nm·km)之间。 2、分析光纤中影响超连续谱的因素,利用上述设计的高非线性、色散平坦的微结构光纤,模拟了超连续谱产生的情况。在入射脉冲宽度为0.5ps、中心波长为1550nm、入射脉冲峰值功率为27.5dBm、光纤长度为0.5km条件下,在1550nm波段产生了谱宽约为96nm的平坦的超连续谱。为了分析色散及非线性系数对超连续谱产生的影响,利用具有不同端面结构的光纤,模拟了超连续谱产生的情况,验证了小色散可以提高超连续谱的平坦度和宽度。 3、与人合作,完成了利用色散平坦微结构光纤实现全光波长变换的实验。采用长度为30m、具有小的反常色散值的高非线性色散平坦微结构光纤对10Gbit/s的信号进行了全光波长变换,当平均泵浦功率为26dBm时,在20nm转换带宽内得到了-19.5dB的转换效率;进而在理论和实验上,对具有小负色散值和小正色散值的两种不同的微结构光纤进行转换带宽和转换效率的分析比较,结果表明:利用两种具有不同色散的光纤得到了几乎相同的转换效率和转换带宽。 4、基于色散平坦微结构光纤中的四波混频效应,与人合作完成了全光波长变换的实验,同时实现了10Gbit/s的信号由NRZ码到RZ码的码型变换。

关键词：光纤通信微结构光纤全光波长变换超连续谱非线性系数

基于扫频光源的光纤布拉格光栅传感及解调技术的研究

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基于扫频光源的光纤布拉格光栅传感及解调技术的研究

作者：马瑞天津大学

学位级别：硕士

随着光纤布拉格光栅(FBG)传感的广泛应用,FBG传感解调技术成为研究热点。本文研究了基于扫频光源的FBG传感解调技术和传感网中节点传感信号的全光波长变换(AOWC)技术。扫频光源采用射频控制扫频器件的原理,克服了传统机械扫频的限制,提... 详细信息

随着光纤布拉格光栅(FBG)传感的广泛应用,FBG传感解调技术成为研究热点。本文研究了基于扫频光源的FBG传感解调技术和传感网中节点传感信号的全光波长变换(AOWC)技术。扫频光源采用射频控制扫频器件的原理,克服了传统机械扫频的限制,提高了光源扫频速率和输出线性度,从而提高了基于该扫频光源的FBG传感解调速率和精度。运用AOWC技术,将传感网中某节点上的所有传感信号依次变换为特定波长下的时分复用信号,提高了传感网中光谱资源的利用率。本文的主要内容如下:一、基于单波长扫频光源的FBG动态应力传感解调研究1、研究了固定单频光源作为传感光源时,压电陶瓷振动的FBG传感解调实验系统,分别测量了圆筒形压电陶瓷和压电陶瓷片堆的振动频率范围。2、研究了单波长扫频光源的原理,采用射频控制单边带调制器实现光信号循环扫频,实现光源扫频速率和输出线性度的提高。实验上获得扫频光源平坦度±1.5dBm、扫频范围3nm内扫频速率66.67kHz、线性度0.99997的扫频输出。3、研究了基于单波长扫频光源的FBG动态应力的振动频率测量实验;传感解调速率随着光源扫频速率的提高而提高,光源扫频速率40kHz下,实现了对FBG高频振动的实时测量,获得FBG可测频率范围从5Hz1kHz的解调结果;并测得瞬时响应时间约25?s的频率突变。二、基于并行扫频光源的FBG静态传感解调研究1、研究了基于单边带调制器的并行扫频光源原理及扫频环路的实现方案;实验上对3个并联的DFB种子光并行扫频,获得扫频光谱平坦度±1.5dBm、扫频范围3nm内扫频速率200kHz、线性度0.99991的扫频输出。2、研究了基于并行扫频光源的FBG温度、静态应变传感解调的实验;在解调精度和速率不变的条件下,实现多个FBG传感信息的并行解调;实验上在光源扫频步长为0.04nm和0.02nm时,分别获得了平均温度灵敏度10.055±0.005pm/℃,线性度0.99789和平均静态应变灵敏度系数1.614±0.002pm/με,线性度0.9975的传感解调结果;并研究了对温度和静态应变传感的并行解调。三、FBG传感信号全光波长变换研究1、研究了一种基于AOWC技术的多链路传感网络结构模型;研究了利用电吸收调制器(EAM)实现AOWC的原理,并实验研究了AOWC的参数优化。2、对FBG温度和静态应变传感信号分别进行了AOWC实验,变换前后的最大温度偏差和挠度偏差分别仅为0.0169℃和1.6E-4pm,证明本方案可用于实现传感网中各节点共用相同的光谱资源。

关键词：光纤布拉格光栅扫频光源传感解调全光波长变换

周期极化铌酸锂晶体的制备及其准相位匹配技术的应用研究

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周期极化铌酸锂晶体的制备及其准相位匹配技术的应用研究

作者：韦伟天津大学

学位级别：硕士

本课题来源于教育部科学技术研究重点项目和国家自然科学基金项目。论文对准相位匹配技术的基本原理及其应用进行了详细的理论分析,并得出了一系列与实验结论相吻合的计算公式,同时对铌酸锂晶体的特性及其周期极化实验进行了详细的描述... 详细信息

本课题来源于教育部科学技术研究重点项目和国家自然科学基金项目。论文对准相位匹配技术的基本原理及其应用进行了详细的理论分析,并得出了一系列与实验结论相吻合的计算公式,同时对铌酸锂晶体的特性及其周期极化实验进行了详细的描述。利用准相位匹配技术,通过人为地在非线性晶体上制备出非线性系数的周期结构,来满足相位匹配条件,可以提高频率转换的效率与扩大非线性晶体的应用波段范围,这是近年来非线性光学研究的重要发展方向。利用铌酸锂晶体制作周期极化结构,以实现准相位匹配技术是最为突出的例子。铌酸锂晶体是实现准相位匹配最为理想的材料之一,因为它有效非线性系数较大而得到迅速发展。近年来,由于铌酸锂晶体生长工艺的成熟和PPLN外加电场极化法制备技术的提高,使得它在非线性频率变换领域的应用越来越广泛。论文分别从准相位匹配的基本原理和实现准相位匹配技术的主要手段两个方面入手,展开了深入了研究,主要工作如下:1、从麦克斯韦方程组及非线性极化的原理出发,推导了介质中三波互作用的耦合波方程,并在此基础上分析了倍频互作用的转换效率。2、从有效非线性系数的傅立叶变换出发,推导了准相位匹配条件下,三波互作用的耦合波方程,并对方程进行了求解,在此基础上分析了倍频互作用的转换效率与周期极化晶体的各参数之间的制约关系。3、分析了铌酸锂晶体的物理、化学及铁电性质。形象的描述了晶体外加电场极化时,铁电畴极化反转的全过程,最后对铌酸锂晶体的电击穿特性进行了理论分析和实验验证。4、研制了一台用于制作周期极化铌酸锂晶体的电源,并且对PPLN的实际制备过程进行了详细的描述,同时对铌酸锂晶体外加电场极化的两种方案分别进行了详细的阐述,并给出了一系列有价值的实验结果,最后对PPLN晶体的通光倍频实验进行了叙述,得出了有参考价值的实验结果。5、对基于PPLN光波导的全光波长变换技术进行了详细的理论分析,推导出了非线性光波导中级联二级非线性效应(倍频和差频互作用)的耦合波方程,并对倍频过程的转换效率进行了推导,由于对耦合波方程的一系列处理,使得非线性介质光波导中的导波模耦合波方程与一般介质的耦合波方程在形式上得到了统一,为我们将来对该方程的进一步分析和求解提供了理论基础和依据。

关键词：准相位匹配周期极化铌酸锂耦合波方程倍频全光波长变换级联二阶非线性效应外加电场极化法

半导体光放大器非线性特性在光纤通信中的应用

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半导体光放大器非线性特性在光纤通信中的应用

作者：王飞西南师范大学

学位级别：硕士

随着半导体技术的发展,半导体光放大器(SOA)的性能得到极大改善,SOA已得到广泛的研究和应用,在现代光纤通信中扮演着越来越重要的角色。SOA在光纤通信中的应用大体分为两个方面:一方面,SOA作为增益器件在光网络中被用作功率提升器、在... 详细信息

随着半导体技术的发展,半导体光放大器(SOA)的性能得到极大改善,SOA已得到广泛的研究和应用,在现代光纤通信中扮演着越来越重要的角色。SOA在光纤通信中的应用大体分为两个方面:一方面,SOA作为增益器件在光网络中被用作功率提升器、在线放大器、以及前置放大器。另一方面,基于SOA的非线性特性(如交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)、自相位调制(SPM)和四波混频(FWM)等),可实现波长变换、光开关、光逻辑、光时钟恢复等。在本论文中,为了准确描述SOA对光脉冲的影响,在关于SOA的理论模型中包含了受激辐射消耗载流子引起的增益饱和、带内载流子加热和光谱烧孔引起的增益压缩,增益非对称和漂移,以及随位置和时间变化的载流子寿命等物理机制。提出利用SOA环形腔和非线性光学环镜(NOLM)对锁模脉冲进行压缩的方案。该方案利用入射的锁模脉冲沿SOA环形腔传输一周后与后续脉冲之间发生干涉,环形腔中的SOA提供一定的增益和非线性相移,使脉冲得到压缩,峰值功率得到提高;从SOA环形腔中输出的具有较高基座的脉冲再入射到NOLM中进行消基座处理,同时脉冲被进一步压缩。对输入功率为1mW,脉宽为20ps的入射锁模脉冲,脉冲压缩因子超过117,输出脉冲FWHM小于150fs,峰值功率达到6W且基本无基座。提出利用SOA环形腔实现全光频率倍增和时钟恢复的新方法。该方法在抑制脉冲振幅抖动(CAJ)、提高输出脉冲功率方面具有显著优势。2.5GHz光脉冲注入环形腔,可输出重复频率为5—25GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉

关键词：光纤通信半导体光放大器光脉冲压缩全光频率倍增全光时钟恢复全光波长变换

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光纤通信

中国光学 2001年第2期15卷 79-89页

TN919.2 2001021279光通路层帧结构开销传送技术=OCh frame overheadtranspo-t technology[刊,中]/罗来荣,程晓飞,顾畹仪,纪越峰,徐大雄(北京邮电大学电信工程学院.北京(100876))//光通信研究.—2000,(5).-1-6,18分析了波分复用光传送网的光通路层(OCh)的管理需求和光通路开销的传送方式,在结合当前光网络的发展趋势的基础上,研究了OCh帧结构(OCh frame)

关键词：光通信技术光纤通信系统波分复用系统北京邮电大学光传送网半导体光放大器无源光网络关键技术全光波长变换武汉邮电科学研究院

采用SOA-Sagnac光纤干涉仪的AOWC研究与实验

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光纤与电缆及其应用技术 2004年第2期 1-6页

作者：熊小君王陆唐方捻黄肇明上海大学通信与信息工程学院上海200072

　对采用SOA-Sagnac光纤干涉仪的全光波长变换器(AOWC)从理论上进行了较为详细的研究,首次根据光路合成法求出SOA-Sagnac光纤干涉仪的响应函数,并构成了一套实验系统,测量了SOA的增益、带宽与输入光功率的关系,测量了输出信号的消光比... 详细信息

　对采用SOA-Sagnac光纤干涉仪的全光波长变换器(AOWC)从理论上进行了较为详细的研究,首次根据光路合成法求出SOA-Sagnac光纤干涉仪的响应函数,并构成了一套实验系统,测量了SOA的增益、带宽与输入光功率的关系,测量了输出信号的消光比以及输入、输出信号的波形和眼图,并对它们进行了比较。

关键词： SOA—Sagnac光纤干涉仪 AOWC 全光波长变换半导体光放大器消光比

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光传输、通信理论

中国光学 2001年第3期15卷 88-89页

TN929.1 2001032086基于XGM的SOA波长变换器噪音特性分析及优化设计=Noise characteristics and performance analysisof wavelength converters based on crossgainmodulation in semiconductor optical amplifiers[刊,中]/迟楠,徐林,... 详细信息

关键词：波长变换器光子学北京邮电大学特性分析通信中心四波混频优化设计消光比交叉增益调制全光波长变换

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光纤通信

中国光学 2003年第3期17卷 73-75页

TN915.05 2003032159自动交换光网络中全光波长转换器的应用和实现=Applicationand realization of all optical wavelength convertersin automatical switched optical networks[刊,中]/赵同刚(北京邮电大学光通信中心.北京(100876)),任建华…∥半导体光电.—2002,23(5).—324-327总结了全光波长变换的实现方法,重点介绍基于半导体光放大器交叉相位调制和利用可调谐光纤光栅外腔半导体激光器实现全光波长变换的最新进展、工作原理,最后简单介绍本实验室目前所做工作以及取得的成果。参13(杨妹清)

关键词：全光波长变换偏振模色散补偿光纤光栅外腔半导体激光器自动交换光网络半导体光放大器量子电子学实现方法交叉相位调制全光波长转换器调制不稳定性