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基于SOA的全光码型转换及异或门研究

基于SOA的全光码型转换及异或门研究

作者：刘龙清北京邮电大学

学位级别：硕士

为满足人们与日俱增的信息需求,通信技术朝着更大的传输容量、更高的传输速率、更远的传输距离的方向发展,全光通信网成为光纤通信技术的未来发展趋势。全光网要求信号在端对端的传输过程中始终保持光的形式,不进行任何的光/电、电/光... 详细信息

为满足人们与日俱增的信息需求,通信技术朝着更大的传输容量、更高的传输速率、更远的传输距离的方向发展,全光通信网成为光纤通信技术的未来发展趋势。全光网要求信号在端对端的传输过程中始终保持光的形式,不进行任何的光/电、电/光转换。目前,掺铒光纤放大器(EDFA)和波分复用(WDM)技术,极大地提高了光信号的传输距离和容量,但交换节点处的“电子瓶颈”问题限制了电信号的交换速率。全光信号处理技术利用非线性光器件的各种非线性效应,实现信号在光域内的交换,可消除“电子瓶颈”,引起了人们的广泛关注。半导体光放大器(SOA)作为一种常用的非线性半导体器件,具有非线性系数大、尺寸小、可集成、功耗低、响应速度快等许多优点,因此利用SOA实现各种全光信号处理成为研究热点。本文主要研究了利用半导体光放大器-马赫泽德干涉仪结构(SOA-MZI)实现全光码型转换及异或门的方案。本文首先从半导体光放大器的载流子速率方程和传输方程出发,研究了输入连续探测光和脉冲控制光所引起的SOA中载流子浓度的变化、SOA的增益饱和特性、交叉增益调制(XGM)效应和交叉相位调制(XPM)效应。其次,提出了一种基于SOA-MZI结构的由二进制振幅键控(OOK)到二进制相移键控(BPSK)的全光码型转换方案,该方案在SOA-MZI的上、下两臂输入控制光和探测光,调节控制光的功率就可以很方便地实现对探测光相位的准确调制。本文对所提方案进行了10Gbit/s速率下的全光码型转换仿真,仿真结果显示了该方案的可行性。然后,又提出了一种基于SOA-MZI结构的BPSK信号全光异或门,并对其进行了系统仿真,其结果说明接收信号具有较低的接收机功率代价,显示出所提出的异或门具有很好的系统性能。论文所做工作可以为今后全光信号处理的研究提供有益的参考。

关键词：全光信号处理半导体光放大器全光码型转换全光异或门

基于少模光纤光栅的波分模分复用信号全光码型转换研究

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基于少模光纤光栅的波分模分复用信号全光码型转换研究

作者：谭俊杰广州大学

学位级别：硕士

随着通信数据的不断增长,为了进一步提高现有光通信网络的系统容量,波分复用（WDM）和模分复用（MDM）相结合的二维复用技术将会是未来的高速大容量光通信网络采用的重要技术之一。未来的波分-模分（WDM-MDM）光通信系统将灵活采用适当... 详细信息

随着通信数据的不断增长,为了进一步提高现有光通信网络的系统容量,波分复用（WDM）和模分复用（MDM）相结合的二维复用技术将会是未来的高速大容量光通信网络采用的重要技术之一。未来的波分-模分（WDM-MDM）光通信系统将灵活采用适当的调制格式应对不同的网络使用场景,以进一步提高光通信系统的传输容量,因此在不同场景的网络之间接口处需要全光码型转换器来实现不同调制格式之间的转换。目前针对WDM-MDM系统全光码型转换的研究尚且缺乏,如何实现多模式、多通道的同步码型转换,是一个亟待研究的问题。基于上述研究背景,研究探讨设计单个少模光纤光栅（FM-FBG）作为全光码型转换器,以实现WDM-MDM系统中不同调制格式之间的全光码型转换。概况全文,主要研究有如下方面:（1）针对WDM-MDM系统场景,提出一种能实现多模式、多通道光信号同步处理的FM-FBG设计方法。根据FM-FBG响应光谱在不同空间模式激发下的特性,提出一种响应光谱错峰对准的光信号同步处理方案,并推导出实现错峰对准的条件,实现LP01与LP11模式的FM-FBG梳状响应光谱反射通道在多个目标波长处重合,达到多模式、多通道光信号同步处理的目的。仿真结果显示,根据所提出的错峰对准方案进行设计FM-FBG,其LP01与LP11模式响应光谱能在多个目标波长处重合,实现对LP01与LP11模式输入信号进行同步光学处理。（2）研究在WDM-MDM系统中使用FM-FBG实现多模式、多通道的码型转换并进行仿真。根据归零码（RZ）与非归零码（NRZ）之间的频谱差异特点,为FM-FBG设计优化目标响应光谱,结合所提出的响应光谱错峰对准FM-FBG设计方法,设计FM-FBG实现同时对LP01与LP11模式在300GHz信道间隔、40Gbit/s速率下两个信道的RZ码到NRZ码同步码型转换。仿真结果显示,输入的RZ信号通过FM-FBG滤波后能被很好地转换为目标NRZ码型且转换后的码型信号眼图干净和具有较高的Q值（>25d B）。（3）进一步验证了所提出FM-FBG错峰对准码型转换设计方案通用性。通过减少输入信号信道间隔与增加输入信号信道数量,并根据载波抑制归零码（CSRZ）与NRZ码之间的频谱差异特点,为FM-FBG设计优化目标响应光谱,结合所提出的响应光谱错峰对准FM-FBG设计方法,设计使用FM-FBG实现同时对LP01与LP11模式在200GHz信道间隔、40Gbit/s速率下四个信道的CSRZ码到NRZ码同步码型转换。仿真结果显示,输入信号通过FM-FBG滤波后能被很好地转换为目标码型并转换后的码型信号眼图干净和具有较高的Q值（>14d B）。此外,对所设计的FM-FBG进行了转换后码型质量随中心波长漂移的鲁棒性测试,结果显示在FM-FBG中心波长失谐情况不超过原始设计滤波器响应光谱带宽10%情况下进行滤波,输出码型仍具有较高Q值（>12d B）。

关键词：全光码型转换波分-模分复用系统少模光纤光栅光学滤波器

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基于SOA的全光码型转换

基于SOA的全光码型转换

基于SOA-MZI的NRZ-DPSK到RZ-DPS信号的全光码型转换

第十三届全国青年通信学术会议

作者：牛长流丁翠李争平黄殷北方工业大学北京交通大学

半导体光放大器（SOA-Semiconductor Optical Amplifiers）是先纤通信中研究的热点器件之一,利用SOA的增益饱和特性引起的非线性效应在光纤通信系统中有广泛的应用。本文介绍了SOA自相位调制效应及码型转换的原理,并运用MAT- LAB编程计... 详细信息

半导体光放大器（SOA-Semiconductor Optical Amplifiers）是先纤通信中研究的热点器件之一,利用SOA的增益饱和特性引起的非线性效应在光纤通信系统中有广泛的应用。本文介绍了SOA自相位调制效应及码型转换的原理,并运用MAT- LAB编程计算了超高斯光脉冲经过SOA后在时域和频域上的变化,仿真了NRZ-PRZ的码型转换过程。

关键词：自相位调制半导体光放大器全光码型转换

来源： cnki会议评论

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基于SOA-MZI的NRZ-DPSK到RZ-DPS信号的全光码型转换

新型导航技术及应用研讨会

作者：毛雅亚盛新志吴重庆北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室

报道了一种新型的DPSK信号全光码型转换器,该转换器是基于SOA-MZI结构的。对该方案进行了模拟,四个通道的NRZ-DPSK信号被同时转换成了RZ-DPSK信号,转换后信号的消光比大于20d B。此外,模拟获得的光谱图、波形图以及眼图显示了良好的转... 详细信息

报道了一种新型的DPSK信号全光码型转换器,该转换器是基于SOA-MZI结构的。对该方案进行了模拟,四个通道的NRZ-DPSK信号被同时转换成了RZ-DPSK信号,转换后信号的消光比大于20d B。此外,模拟获得的光谱图、波形图以及眼图显示了良好的转换效果。

关键词：全光码型转换差分相移键控半导体光放大器

来源： cnki会议评论

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基于SOA的全光缓存器的研究

基于SOA的全光缓存器的研究

作者：杨昭怡北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息和通讯技术的快速发展,对关键节点的交换速率与交换容量有了更高的要求,但是目前通信网中的交换仍然在电域中进行,“光-电-光”的转换限制了交换速率与交换容量,而全光网络的提出从源头上解决了这一问题,因此全光分组交换成为... 详细信息

随着信息和通讯技术的快速发展,对关键节点的交换速率与交换容量有了更高的要求,但是目前通信网中的交换仍然在电域中进行,“光-电-光”的转换限制了交换速率与交换容量,而全光网络的提出从源头上解决了这一问题,因此全光分组交换成为提高光网络节点交换能力的最佳方法之一,其中全光缓存器作为全光交换的重要部件,其性能的好坏对光网络的发展起着重要的作用。本文就针对基于量子点SOA与增益透明SOA的全光缓存器进行了分析研究。论文对量子点SOA的基本理论与动态模型进行了分析,基本理论包括量子点SOA的结构、工作过程、载流子浓度速率方程、增益与相移的关系,基于这些基本理论,论文中详述量子点SOA的仿真方法,建立了光脉冲在量子点SOA中传输的仿真模型,对单脉冲以及连续脉冲信号在DLOB中缓存后的脉冲形状进行了理论计算,从理论上证明了量子点SOA可以应用于光纤型全光缓存器,并对码型效应会有明显的改善。通过对比量子点SOA与普通体材料SOA的注入电流、控制光功率与相移之间的关系,得出量子点SOA可以在相对较小的注入电流下得到与普通体材料SOA同样大小的相移,并且线宽增强因子相对较大的量子点SOA对控制光的功率要求更小。介绍了基于增益透明SOA偏振调制作用与相位调制作用的全光缓存器。阐述了增益透明SOA的基本理论,仿真了电流与信号光注入之后载流子变化的过程以及辅助光与信号光之间光-光作用导致的相位变化。利用这种增益透明SOA的相位调制作用,本文最后提出了一种基于级联型增益透明SOA的码型转换系统,通过三个级联增益透明SOA的相位调制作用实现OOK-8PSK的码型转换,避免了交叉增益调制与四波混频效应。对产生的8PSK码型信号进行判决,精确解调出码型转换前的OOK信号,验证了系统的可行性。

关键词：量子点半导体光放大器增益透明半导体光放大器全光缓存器全光码型转换

基于微纳米硅基环形谐振器件的光信号处理研究

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基于微纳米硅基环形谐振器件的光信号处理研究

作者：刘芳菲上海交通大学

学位级别：硕士

在过去的40年中,硅基芯片一直主导着电子行业,并且给世界带来了革命性的变化。如今,一块指甲大的硅基芯片能包含将近10亿个三极管,而其计算能力堪比10年前占据整间机房的服务器。随着没有止境的摩尔定律的继续以及网络通信的持续增长,... 详细信息

在过去的40年中,硅基芯片一直主导着电子行业,并且给世界带来了革命性的变化。如今,一块指甲大的硅基芯片能包含将近10亿个三极管,而其计算能力堪比10年前占据整间机房的服务器。随着没有止境的摩尔定律的继续以及网络通信的持续增长,对器件带宽的需求使得基于铜线的传统互连技术已越来越接近极限。这种限制使得全光互连成为一种替代的解决方案。然而这种全光互连的解决方案如果要应用到大众消费市场必须基于低成本的技术。在此背景下,全球的学术界和工业界都掀起了集成光电子的研究热潮。而在这些技术中,基于绝缘体上硅结构(SOI)的技术引起了研究人员的广泛关注,硅基光子研究中一系列重大的技术突破使得硅基材料被认为是构建集成光子器件的理想平台。由于可以利用与现有的CMOS工艺相兼容的设备制作光子器件,使得硅基光子技术能够为大到通信系统,小到芯片间互连的应用提供低成本的光电集成解决方案,有望在未来带来光通信领域的又一次革命。本文围绕硅基光子器件中的关键组成—硅基环形谐振腔的线性和非线性特性展开了如下工作: 基于硅基环形谐振腔线性特性的信号处理子系统硅基环形谐振腔本质上是一个滤波器,本文详细研究了硅基环形谐振腔的幅频和相频特性,制作了不同尺寸大小的硅基环形谐振腔,并根据不同特性在如下三个方面进行了新颖的子系统演示: 1)光控可调光延迟线:可调光延迟线是光分组交换技术中的关键技术,可以避开复杂的光电光转换方式,直接对光信号进行缓存。环形谐振腔相比同样长度的光纤延迟线能利用谐振增强特性有效地提高延时量。本文首次研究了环形谐振腔对三种重要的调制码型(非归零码,归零码,差分相移键控码)的延时性能,并且利用硅基器件的热光效应实现了光控可调延迟线。 2)微波信号光域处理:由于硅基环形谐振腔的带宽一般在几GHz到几十GHz,因此适合应用于对微波信号的光域处理。本文首次提出并验证了工作在临界耦合状态的环形谐振腔可以作为光微分器;利用该微分特性,本文进一步演示了光子产生四倍频的毫米波;利用环形谐振腔的鉴频特性本文还演示了超宽带脉冲的光子产生。 3)高Q环形谐振腔在全光码型转换中的应用:本文探讨了利用高Q值带阻型环形谐振腔实现幅度调制到相位调制码型转换的可能性,并通过基于光纤中受激布里渊散射的窄带滤波特性实验验证了该方案。基于硅基环形谐振腔载流子效应的信号处理子系统硅基器件在有强光注入的情况下会通过双光子吸收效应产生自由载流子,自由载流子会对硅的折射率进行调制,硅基环形谐振腔会出现频谱蓝移等现象,根据这种现象,本文提出了以下两方面的应用: 1)基于模式分裂硅基环形谐振腔的波长转换:本文首次演示了基于模式分裂硅基环形谐振腔的双通道波长转换;在此基础上,利用不同波长处波长转换特性的不同,本文首次实现了幅度调制信号到频率调制信号的全光码型转换。 2)载流子慢响应特性的应用:由于载流子响应速度不快,因此在非归零脉冲的上升沿和下降沿处由于来不及响应会产生向上和向下的过冲,利用该特性,本文提出了一种简单的超宽带脉冲的光子产生方案,并通过实验进行了初步的探究。

关键词：硅基环形谐振腔载流子效应光延迟线光微分器毫米波产生超宽带脉冲全光码型转换波长转换

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基于级联半导体光放大器的全光波长变换研究

基于级联半导体光放大器的全光波长变换研究

作者：李金铭北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,信息传输速率和光纤容量进一步提升,带来了4G、5G和互联网短视频时代的繁荣,但是在光交换层,传统光网络“光-电-光”过程严重影响了光网络的发展。为克服“光-电-光”转换导致的传输速率瓶颈,未来光网络的交换与传输应完全在光... 详细信息

近年来,信息传输速率和光纤容量进一步提升,带来了4G、5G和互联网短视频时代的繁荣,但是在光交换层,传统光网络“光-电-光”过程严重影响了光网络的发展。为克服“光-电-光”转换导致的传输速率瓶颈,未来光网络的交换与传输应完全在光域中进行,这就使全光信号处理技术显得愈发重要。全光信号处理技术包括全光波长变换、全光码型转换、全光逻辑、全光缓存等。由于半导体光放大器(SOA)在全光信号处理技术上具有巨大潜力,本文对其展开了一系列研究,主要内容如下:1、提出了基于空间干涉仪测量SOA线宽增强因子的实验方案,并推导了其测量原理,用搭建的实验系统测量了不同SOA线宽增强因子与注入光功率和驱动电流的关系,给出了线宽增强因子的具体数值和变化趋势。2、提出了基于TOAD结构和3×3耦合器的差动平衡信号的生成方案,并进行了实验验证,研究了激光器线宽对信号生成方案产生的影响。3、提出了一种差动平衡信号控制的级联SOA结构,可利用SOA-XPM效应实现全光波长变换及OOK-PSK的码型转换;通过实验进行了原理验证,此方案在实现全光相位调制的同时消除了因SOA交叉增益调制产生的波形起伏。图51幅,表1个,参考文献54篇。

关键词：全光信号处理半导体光放大器差动平衡信号交叉相位调制全光波长变换全光码型转换

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基于高非线性硅基狭缝波导的全光信号处理

基于高非线性硅基狭缝波导的全光信号处理

作者：叶飘飘深圳大学

学位级别：硕士

光信号处理在网络节点处直接对光信号进行处理,不仅避免了“光-电-光”转换以及传统电信号处理的速率瓶颈,克服了链路超高传输速率与网络节点信息处理速率的不匹配问题,而且进一步降低了系统功耗。在全光网络的路由和交换节点处,光信号... 详细信息

光信号处理在网络节点处直接对光信号进行处理,不仅避免了“光-电-光”转换以及传统电信号处理的速率瓶颈,克服了链路超高传输速率与网络节点信息处理速率的不匹配问题,而且进一步降低了系统功耗。在全光网络的路由和交换节点处,光信号处理包括码型转换、逻辑运算、波长转换及信号再生等,而高非线性器件是实现各类高效全光信号处理的重要保障和关键因素。传统非线性器件如半导体光放大器、高非线性光纤等,有丰富的三阶非线性效应,且非线性系数较高,但前者需要外接有源驱动且大电流工作时存在较大的自发辐射噪声,而后者难以实现片上集成。硅基光波导器件不仅非线性高、尺寸小、易于集成,并且与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,COMS）工艺兼容、成本低。本文利用高非线性硅基-聚合物狭缝波导,结合三阶非线性四波混频效应,对全光高速光逻辑门进行了实验研究。同时,为了与光通信系统中的模分复用技术相兼容,进一步研究了多模高非线性硅基-聚合物狭缝波导,并结合新型调制格式,对多模全光码型转换进行了研究。具体内容如下:（1）详细介绍了本文研究中所用到的各类调制格式信号产生的机理,如NRZ、RZ、CSRZ、NRZ-DPSK、RZ-DPSK、CSRZ-DPSK、16PSK;（2）基于硅基-聚合物狭缝光波导四波混频效应（FWM）,实验研究了40Gb/s两输入RZ-DPSK信号的全光逻辑异或及同或运算;（3）设计了多模高非线性硅基-聚合物狭缝波导,其在TE和TE模式下的非线性系数可达7000 Wm和5800 Wm,基于该波导,对多模全光码型转换进行了数值仿真研究,实现了TE模式上160Gb/s NRZ到RZ和TE模式上160Gb/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK、TE模式上160Gb/s NRZ到CSRZ和TE模式上160Gb/s RZ到CSRZ、TE模式上160Gb/s NRZ-DPSK到CSRZ-DPSK和TE模式上160Gb/s RZ-DPSK到CSRZ-DPSK、TE模式上320Gb/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK和TE模式上320Gb/s NRZ到CSRZ、TE模式上160GBaud的16PSK到8PSK和TE模式上160Gbit/s的NRZ到RZ的多模全光码型转换。

关键词：硅基狭缝波导全光信号处理全光逻辑门全光码型转换四波混频

基于SOA的OOK到PolSK码型转换器的研究

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价值工程 2015年第10期34卷 213-214页

作者：倪江楠詹艳艳河南工业职业技术学院南阳473009

本文提出了一种基于SOA中的瞬时交叉相位调制(T-XPM)效应和窄带滤波器实现高速OOK到Pol SK的码型转换,建立了SOA分段模型以及滤波模型,数值模拟了40Gbit/s开关键控(OOK)码到Pol SK的转换。实验结果证明了方案的可行性。

关键词：半导体光放大器全光码型转换瞬时交叉相位调制 PolSK码 OOK码