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基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器的研究

作　者: 李培丽
导　师: 黄德修；张新亮
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 半导体光放大器(SOA) 半导体光纤环形腔激光器(SFRL) 可调谐波长转换四波混频(FWM) 性能改善
分类号: TN929.11
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

可调谐全光波长转换器是智能化密集波分复用(DWDM)全光通信网络中的关键器件之一。基于半导体光纤环形腔激光器(SFRL)的四波混频(FWM)型可调谐全光波长转换器不仅对信号光的调制格式、调制速率严格透明,能实现多波长转换,而且可以节省了一个外部泵浦光源,简化了装置,利用环行腔中的可调谐光滤波器,可方便地实现可调谐波长转换,因而受到了广泛的关注。本文围绕基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器进行了较为系统的理论和实验研究。具体内容如下: (1)研究了SFRL 用作波长转换器的理论基础,推导了半导体光放大器(SOA)中最基本的光场传输方程和载流子速率方程,讨论了SOA 中的各种非线性效应,尤其是三阶非线性效应;研究了基于SFRL 的交叉增益调制(XGM)型波长转换器和基于SFRL的FWM 型波长转换器的工作机理,并分析了它们的优缺点。(2)给出了基于SFRL 的FWM 型波长转换器的简洁、直观、使用方便的lump 模型,并首次建立了这种波长转换器的完整的宽带理论模型。在宽带理论模型中,对SOA有源区和放大自发辐射(ASE)谱都进行了分段,并且考虑了SOA 的材料增益谱、载流子的空间分布、光场的纵向空间分布和宽带ASE 谱等。宽带理论模型是研究这种可调谐全光波长转换器进行性能分析和优化设计的理论基础。(3)利用建立的基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器宽带理论模型,通过数值模拟的方法,对这种可调谐波长转换器的稳态特性和动态特性进行了深入的理论研究,分析了输入信号光功率、注入电流强度、环形腔中两个耦合器的耦合比、激射波长和SOA 有源区长度对输出特性的影响,还分析了线宽增强因子和限制因子对转换光消光比和啁啾的影响。(4)首次实现了20Gbit/s 的基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换,并且进行了10Gbit/s 的基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换的实验,研究了这种可调谐波长转换器的转换效率和信噪比(SBR)与输入信号光功率、注入电流、环形腔中两个耦合器耦合比和SFRL 激射波长的关系,还研究了输入信号光功率对转换光消光比的影响以

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-23
  1.1 研究可调谐全光波长转换器的目的和意义  11-12
  1.2 全光波长转换器的分类和发展概况  12-18
  1.3 可调谐全光波长转换器的发展概状  18-20
  1.4 本文的工作  20-22
  1.5 课题的来源和受资助情况  22-23
2 SFRL 用作可调谐全光波长转换器的理论基础  23-38
  2.1 引言  23-24
  2.2 可调谐半导体光纤环形腔激光器  24-25
  2.3 SOA 中的基本方程和非线性效应  25-32
  2.4 基于SFRL 的可调谐波长转换器的工作机理  32-37
  2.5 本章小结  37-38
3 基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器的理论模型  38-52
  3.1 引言  38
  3.2 lump 模型  38-42
  3.3 宽带理论模型  42-50
  3.4 本章小结  50-52
4 基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换器的性能分析  52-80
  4.1 引言  52
  4.2 SOA 的增益特性  52-56
  4.3 稳态特性分析  56-65
  4.4 动态特性分析  65-78
  4.5 本章小结  78-80
5 基于SFRL 的FWM 型可调谐全光波长转换器的试验研究  80-95
  5.1 引言  80
  5.2 基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换试验  80-86
  5.3 转换效率和SBR 的实验研究  86-90
  5.4 消光比的实验研究  90-94
  5.5 本章小结  94-95
6 基于SFRL 的FWM 型可调谐波长转换器的性能改善方案  95-110
  6.1 引言  95
  6.2 基于单端耦合SFRL 的FWM 型可调谐波长转换器  95-101
  6.3 注入辅助光的基于双输出波长SFRL 的FWM 型可调谐波长转换器  101-109
  6.4 本章小结  109-110
7 总结  110-113
致谢  113-115
参考文献  115-131
附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录  131-132
附录2 论文计算中采用的参数值  132

基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器的研究

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