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全光3R再生系统理论分析和实验研究

作　者: 王耀天
导　师: 于晋龙
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光纤通信技术全光3R再生 40Gbit/s时钟提取 Fabry-Perot滤波器半导体光放大器码型效应分组时钟提取
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

超高速光通信网中,光信号会受很多因素影响,其恶化结果是光信号脉冲质量变差,最终导致误码率上升,限制了传输距离。因此,需要在传输过程中进行信号再生。全光3R再生克服了电信号再生的不足,是全光网络中保证传输质量的一种非常有效的方法。本文提出的全光再生方案采用高精细度法布里-珀罗F-P滤波器进行时钟提取;采用具有强非线性的半导体光放大器(SOA)作为光判决门进行判决整形,实现了对恶化信号再生。本文通过理论分析和实验验证,针对此方案进行讨论。SOA在全光再生方案中非常重要,在时钟提取和光判决中都被使用。文中通过分析SOA的载流子密度、增益和传输函数数学模型,研究了SOA的非线性效应,并模拟仿真波长变换过程。基于SOA的交叉增益调制,系统地讨论了波长变换过程中输入脉冲功率、连续光功率和SOA注入电流等参数对变换脉冲的影响。基于交叉相位调制,提出利用窄带光滤波器减小变换脉冲码型效应的方法,并分析了正码波长变换产生的原因。在理论分析的基础上,进行了10Gbit/s和40Gbit/s全光波长变换实验。实验包括验证各参数对变换结果的影响,抑制波长变换码型效应以及正码波长变换研究。对SOA的传输函数的频域形式进行理论分析,得到结论:SOA对低频频率成份有很好地抑制作用。随后通过实验进行了验证。F-P滤波器是全光时钟提取单元核心器件。根据F-P腔工作原理和传递函数,从时域和频域两方面证明F-P滤波器可以用于时钟提取。进而建立时钟提取过程的数学模型,研究各参数对提取结果的影响,得出结论:提高F-P滤波器的精细度可以抑制输出脉冲幅度起伏和时间抖动,可以减缓长连“0”码输入时输出脉冲幅度下降速度。进行了40Gbit/s时钟提取实验,利用波长变换将输入序列的信息调制到高稳定性光源的输出光上,然后再通过高精细度F-P滤波器提取时钟。这样解决了输入光和滤波器窗口难以对准的问题。滤波器输出经过SOA降噪声处理,得到40GHz低噪声时钟脉冲输出。提出基于F-P滤波器的10Gbit/s分组时钟提取方案。为减小时钟建立时间和消失时间,利用低精细度滤波器进行提取。通过实验得到时间抖动很小,建立时间和消失时间较短的分组时钟信号。最后进行了40Gbit/s全光再生系统实验。恶化后的输入信号经过再生系统得到较理想的再生信号。经过测试,再生脉冲的时间抖动和信噪比都比再生前有了很大改善。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-30
  1.1 光纤通信的发展和全光3R 再生技术  11-15
  1.2 全光时钟提取技术研究现状  15-22
    1.2.1 基于锁模光纤环形激光器的时钟提取  17-18
    1.2.2 基于半导体锁模激光器的时钟提取  18-19
    1.2.3 基于自脉动（self-pulsating）DFB 激光器的时钟提取  19-20
    1.2.4 基于法布里-珀罗（F－P）谐振腔的时钟提取  20-22
  1.3 全光判决技术研究现状  22-28
    1.3.1 基于SOA 的XGM 效应的光判决  22-23
    1.3.2 基于超快非线性干涉仪（UNI）的光判决  23-24
    1.3.3 基于SOA 的马赫-曾德干涉仪(SOA-MZI)的光判决  24
    1.3.4 基于非线性光学环镜（NOLM）和基于 THz 光学非对称解复用器（TOAD）的光判决  24-26
    1.3.5 基于电吸收调制器EAM 的光开关  26-28
  1.4 本论文的主要工作和内容  28-30
第二章半导体光放大器（SOA）的理论分析及其特性研究  30-48
  2.1 SOA 的理论分析  30-36
    2.1.1 SOA 载流子方程  31-33
    2.1.2 SOA 的增益方程  33-34
    2.1.3 SOA 的传输函数  34-36
  2.2 高斯光脉冲在SOA 中传输  36-38
  2.3 基于XGM 效应的波长变换分析  38-42
    2.3.1 改变控制脉冲功率对XGM 波长变换的影响  40-41
    2.3.2 改变连续光功率对XGM 波长变换的影响  41
    2.3.3 改变SOA 的注入电流对XGM 波长变换的影响  41-42
  2.4 对波长变换的XPM 效应分析  42-44
  2.5 SOA 自增益调制对信号调制深度地改变  44-46
  2.6 本章小结  46-48
第三章基于SOA 的波长变换实验研究  48-61
  3.1 控制光光源设计  48-52
    3.1.1 脉冲压窄原理  48-51
    3.1.2 10Gbit/s 和40Gbit/s 信号光源的建立  51-52
  3.2 基于SOA-XGM 的40Gbit/s 全光波长变换实验研究  52-57
    3.2.1 窄带滤波器抑制码型效应实验  52-54
    3.2.2 40Gbit/s 波长变换参数研究  54-57
  3.3 基于XPM 效应的正码波长变换  57-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章 F-P 滤波器时钟提取  61-82
  4.1 F-P 滤波器的结构和工作原理  61-64
  4.2 基于F-P 滤波器的全光时钟提取的理论分析  64-67
  4.3 基于F-P 滤波器的时钟提取仿真和参数分析  67-80
    4.3.1 F-P 滤波器精细度对时钟输出的影响  67-70
    4.3.2 对长连零输入的分析  70-74
    4.3.3 输入脉冲幅度抖动对时钟提取的影响  74-77
    4.3.4 输入脉冲时间抖动对时钟提取的影响  77-80
  4.4 本章小结  80-82
第五章时钟提取实验研究  82-95
  5.1 40Gbit/s 全光时钟提取系统结构  82-87
    5.1.1 对输入信号的波长变换  84-85
    5.1.2 通过F-P 滤波器提取时钟脉冲  85-86
    5.1.3 SOA 的SGM 效应对时钟脉冲整形  86-87
  5.2 分组时钟提取实验  87-94
    5.2.1 分组时钟提取的理论分析  87-89
    5.2.2 F-P 滤波器设计  89-90
    5.2.3 分组时钟提取的实现方案  90-91
    5.2.4 分组时钟提取实验结果和分析  91-94
  5.3 本章小结  94-95
第六章 40Gbit/s 全光3R 再生实验  95-103
  6.1 40Gbit/s 全光3R 再生实验的方案  95-98
  6.2 40Gbit/s 全光3R 再生系统实验  98-101
  6.3 40Gbit/s 全光3R 再生实验检测结果  101
  6.4 本章小结  101-103
结论  103-106
参考文献  106-115
发表论文和参加科研情况  115-117
致谢  117

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