（光学专业论文）半导体光放大器在光纤通信中的应用研究.pdf

摘要 随着半导体技术的发展，半导体光放大器( s o a ) 的性能得到极大改善，s o a 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。本文主 要研究了s o a 对光脉冲的放大特性和基于s o a 的脉冲压缩整形以及全光波长变 换( a o w c ) 等。 光脉冲放大是光纤通信系统的关键技术之一，而s o a 是一种重要的放大元 件。本文应用a g r a w a l 的关于s o a 理论模型，详细研究了具有不同陡峭边沿的 皮秒超高斯光脉冲经s o a 后的时域特性的变化，发现输出脉冲的峰值功率、脉 冲宽度与输入脉冲的峰值功率、输入脉冲边沿的陡峭程度以及s o a 的偏置电流 密切相关。但当信号脉冲的宽度只有几个皮秒时，s o a 传统的a g r a w a l 理论模 型已经不能完全准确地模拟s o a 对信号脉冲的放大情况，在此基础上，我们在 全面考虑s o a 的增益压缩、增益非对称和漂移、增益随位嚣和时间变化的载流 子寿命等物理机制的情况下，对皮秒超短高斯信号光脉冲经s o a 放大后的脉冲 的峰值功率、脉冲半值全宽度、脉冲的上升时间和下降时间等重要物理参量进行 了准确模拟和详细研究。 随着超高速密集波分复用( d w d m ) 和光时分复用( o t d m ) 的日趋发展， 要求信号脉冲的脉冲宽度越来越窄和复用的信道数也越来越多，但有限的波长资 源不能满足d w d m 的发展要求，而波长转换技术可以提高信号波长的重复利用 率。我们应用二阶超高斯光脉冲与高斯信号脉冲同时注入s o a 和应用s o a 与非 线性光学环镜( n o l m ) 相结合的方案来对信号脉冲进行压缩整形，模拟显示， 在调节系统合适参数的情况下，波长位于s o a 增益区的二阶超高斯控制光脉冲 在具有较高的峰值功率和适当时延下输入s o a 时，最后可以得到放大的高质量 超短信号光脉冲；在基于s o a 的交叉增益调制( x g m ) 全光波长转换中，采用 级联的s o a 能有效地使反转光脉冲的频率啁啾得到有效降低，波长向下转换的 距离和反转光的峰值能量都得到明显提高，降低了利用交叉增益调制( x g m ) 波长转换中对波长精度的要求，从而提高了波长转换的灵和性。而在基于s o a 的四波混频( f w m ) 波长转换中，在提高光放大器饱和功率的同时减小光谱烧 孔( s h b ) 和载流子加热( c h ) 饱和功率可有效提高较大频率间隔处的转换效 率，并保持其在较大频率失谐范围内的效率均衡。 关键词：光纤通信，半导体光放大器，脉冲放大，脉冲压缩整形，全光波长变换 a b s t r a c t w i t hs e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g yd e v e l o p i n g ，t h e f u n c t i o no fs e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r ( s o a ) i si m p r o v e d e x t r e m e l y s o a i ss t u d i e da n d a p p l i e d e x t e n s i v e l y , a n di sp l a y i n gam o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei no p t i c a lc o m m u n i c a t i o n a tp r e s e n t w es t u d ym a i n l yt h ep r o p e r t yo fp u l s ea m p l i f i e ro fs o a a n dt h ep u l s e c o m p r e s s i o ns h a p i n go fb e i n gb a s e do ns o a a n da l lo p t i c a lw a v e l e n g t hc o n v e r s i o n ( a o w c ) o fb e i n gb a s e d o ns o a t h eo p t i c a lp u l s ea m p l i f i c a t i o ni sak e yt e c h n o l o g yi no p t i c a lc o m m u n i c a t i o n s o ai sai m p o r t a n ta m p l i f i c a t i o ne l e m e n t w ea p p l yt h ea g r a w a l st h e o r ym o d e lo f s o a ，a n ds t u d yt h et e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h eo u t p u tp u l s ef o ri n p u tp i c o s e c o n d o p t i c a lp u l s e s 、i n ld i f f e r e n ts h a r p n e s se d g e sp a s s i n gt h r o u g h as e m i c o n d u c t o ro p t i c a l a m p l i f i e r , a n df i n d t h a tt h ep e a k p o w e r a n dt h ep u l s ew i d t ho f t h eo u t p u tp u l s ed e p e n d o nt h ei n p u tp u l s ep e a kp o w e r t h es h a r p n e s sd e g r e eo ft h ei n p u tp u l s ee d g ea n dt h e b i a sc u r r e n to fs o a a g r a w a l st h e o r ym o d e lo fs o ac a n ts i m u l a t ea c c u r a t e l yt h e a m p l i f i e ds i g n a lp u l s es h a p ei n s o aw h e nt h ep u l s ew i d t hi sa ss h o r ta ss e v e r a l p i c o s e c o n d s ow es i m u l a t ea c c u r a t e l yt h ep e a kp o w e r , f u l lw i d t hh a l fm a x i m u m ， r i s i n gt i m ea n df a l l i n gt i m eo fa m p l i f i e dp u l s ea f t e rc o n s i d e r i n gt h eg a i nc o m p r e s s i o n ， g a i na s y m m e t r y , g a i ns h i f t ，g a i nv a r i a b l ew i t hs i t u a t i o na n d t i m e w i t hu l t r a h i g hv e l o c i t yd e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( d w d m ) a n d o p t i c a lt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( o t d m ) d e v e l o p i n g ，w ed e m a n dm o r ea n dm o r e s h o r ts i g n a lp u l s ea n dm o r es i g n a lc h a n n e l s b u tt h ed e v e l o p m e n to fd w d mc a n tb e s a t i s f i e df o rf i n i t ew a v e l e n g t h s h o w e v e ra o w cc a nm a k et h ew a v e l e n g t h sr e u s e d an o v e lp r o j e c ti se x p l o r e df o rs i g n a lp u l s ec o m p r e s s i o na n ds h a p i n g b yu t i l i z i n gt h e c o - p r o p a g a t i n gs e c o n do r d e rs u p e r - g a n s sc o n t r o lp u l s ea n dg a u s ss i g n a lp u l s ei n s e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r t h er e s u l t ss h o wt h a tw a v e t e n g t hl o c a t e si n g a i n z o n eo fs e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r , a n dh a v eh i g h e rp e a kp o w e ra n dp r o p e rt i m e d e l a yb e t w e e nt h et w op u l s e sf o rt h es e c o n d o r d e rs u p e rg a u s sc o n t r o l p u l s e i n s e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r ah i g hq u a l i t ya m p l i f i e ds i g n a lp u l s e c a r lb e a c h i e v e d t h ec h i r pc a nb er e d u c e dn o t a b i l i t yb yu s i n gc a s c a d i n gs o a i nc r o s sg a i n m o d u l a t i o nb a s e do ns o a ，a n dt h ed i s t a n c ea n dt h ep e a k p o w e r o fc o n v e r s i o no p t i c a l p u l s ec a nb ei n c r e a s e dn o t a b i l i t y , a n dw ec a nl e td o w nt h ed e m a n df o rw a v e l e n g t h b a s e do nx g mi ns o aa n de n h a n c et h ef l e x i b i l i t yo fw a v e l e n g t hc o n v e r s i o n i n w a v e l e n g t h c o n v e r s i o nb a s e do nf o u r - w a v e m i x i n g ( f w m ) i ns o a ，b a l a n c e e f f i c i e n c yc a nb eo b t a i n e di nl a r g e rr a n g ew h e ni n c r e a s i n gs a t u r a t i o np o w e ro ft h e o p t i c a la m p l i f i e ra n dd e c r e a s i n gt h es a t u r a t i o np o w e ro fs p e c t r a lh o l eb u r n i n ga n d c a r r i e rh e a t i n g ， k e y w o r d s ： o p t i c a l f i b e r c o m m u n i c a t i o n s ，s e m i c o n d u c t o r o p t i c a l a m p l i f i e r , p u l s ea m p l i f i c a t i o n ，p u l s ec o m p r e s sa n dr e s h a p i n g ， a l lo p t i c a l w a v e l e n g t hc o n v e r s i o n 兰二皇箜童 第一章绪言 1 1 光纤通信最新进展 去年的国际光纤通信学术会议o f c 2 0 0 3 于3 月2 3 2 8 日在美国佐治亚州的 亚特兰大( a t l a n t a ，g e o r g i a ) 如期举行，这样的世界性大规模会议吸引了世界 各国的主要通信研究单位和专家踊跃参加，竞相把各自的最新研究成果作公开 报道，使全世界都可以籍以了解光纤通信技术的前进轨道和最佳成果，因而可 以反映当前光纤通信的最新进展。人们衡量新的光纤通信网络系统，首先是注 意它们的六大标志，即：i 大容量、2 长距离、3 光纤、4 波分多路、5 光放 大、6 电的数字信号【l ”。 1 1 1 大容量 光纤传输的主要优点之一是它的潜在传输能力很大。一根光纤单向传输的 容量，即它能够用来制成系统以传输数字信号的速率，近年已有报道高达t b s 级，如继续认真研究，有可能继续提高。由此，每年举行国际光纤通信学术会 议，世界上一些有实力的通信研究单位总是争先恐后地把他们实验所得最大容 量的系统向大会提出论文作公开报告，甚至争先突破世界最高记录，以次为光 荣。在o f c 一2 0 0 3 所发表的会议论文中，大容量光纤传输系统使用的数字速 率，很多是1 t b s 2 t b s 也有3 t b s - - 4 t b s ，最高是6 3 t b s 、6 4 t b ，s 。这与 o f c 一2 0 0 2 年相比，光纤传输系统的数字速率虽然一般稍有提高，但没有到达 o f c - 2 0 0 1 的最高记录1 0 t b s 。估计在未来几年直至2 0 1 0 年，大容量光纤系统 的数字速率可能达到1 0 t b s 。到那时，世界上将有较多的国家和单位能够制造 和提供1o t b s 的大容量光纤通信系统。 】1 2 长距离 光纤通信的独特优越性在于它不仅能够提供大容量线路，而且还能应用于 长距离的大容量光纤光缆通信系统，不仅适合于陆地越洲的长度通信，而且可 推广应用至海底越洋的大容量通信系统。在o f c 一2 0 0 3 报道的光纤通信传输系 统最长距离是1 1 0 0 0 k m ，它传输数字速率3 3 7 t b s 。另一篇文章报道长距离是 第一章绪言 1 0 0 0 0 k m 则是传输1 6 t b s 。o f c 2 0 0 3 报道的较高数字速率6 4 t b s 系统传输距 离却是3 2 0 0 k m 。 1 1 3 光纤 o f c 一2 0 0 3 各报道提出的光纤情况主要是色散平坦的单模光纤，例如商标为 t r u e w a v e 的光纤，利用波长1 5 5 0 n m 的c 波段或c + l 波段，宽度约8 0 n m ，足 够容纳d w d m 的需要。由此可见，近年的经验已经证实，通信网中所有的长 途光纤线路都应选择具备足够宽的波段以适合加装d w d m 和充分发挥光纤的 作用。 1 1 4 波分多路 在o f c 2 0 0 3 会上报告的各个系统实验，都充分利用d w d m 系统。本界报 告中较少路数的d w d m 为4 0 路，较多的采用1 2 8 至1 8 5 路，最高记录是3 7 3 路。这种趋向表明，光纤线路只有继续加多d w d m 的路数才能导致更大的传 输容量。对此，波分多路系统的复接，分接器件( m u x d e m u x ) 的研制和改进必 须继续加紧进行。她们的连接使用方法也应尽量设法改进，例如有的论文报道 按偏振( p o l a r i z a t i o n ) 分成两大组，各自进行d w d m ，然后合在一起，路数就 得到加倍。 1 1 5 光放大 光纤通信系统之所以优先使用波长1 5 5 0 n m 窗口的c 和l 波段，主要原因 之一是1 5 5 0 n m 波段已经制成掺饵光纤放大器( e d f a ) 并能提供可靠应用。在 o f c 一2 0 0 3 的论文报道中可以看出，光放大较多利用全喇曼，少数是喇曼与 e d f a 联合应用，仅个别仍是全用e d f a 。这种趋向给人们重要启示，即喇曼 沿光纤线路分布放大的技术和如何适当使用抽引激光管以获得最好的喇曼放 大，应当给以充分注意和加强研究利用。 1 1 6 电的数字信号 光纤上装用d w d m 系统，有多路不同波长的光载波同时沿线路传输，每 路光载波的激光管各自到通信信息电的数字信号的调制，也就是依次排列的光 2 第一章绪言 载波各自载荷互不相同的电数字信号向前传输。这些电的数字信号就是参照国 际上的s d h 各级数字群，由电的时分多路t d m 组成，最高一级是1 0 g b s ，说 是由于制作技术的限制，只有少数情形做成4 0 g b s 。在o f c 一2 0 0 3 报道的光纤 系统论文中，有4 偏讲到每路数字速率4 0 g b s 4 2 ，7 g b s ，5 篇为 1 0 g b s 1 2 3 g b s 。这表示每路数字信号已经比较成熟地使用4 0 g b s 。至于每路 使用数字信号的编码技术，多数利用归零的差分移相键控技术( r z - d p s k ) 和 载波遏止的归零差分移相键控技术( c s h z d p s k ) 。 1 2 半导体光放大器在光纤通信中的应用 半导体光放大器( s o a ) 在光纤通信和逻辑系统中有着广泛的应用，总的 来说，一类是利用它的光学线性特性，另一类是利用它的光学非线性特性。当 利用它的线性特性时，可被用作功率提升器和在线放大器，如普通的线性增益 模块、简单的非再生的光中继器、接收机前置放大器及注入锁定放大器等。当 利用它的非线性特性时，可被用作全光信号处理，如用于脉冲整形和全光波长 变换等。并且它的价格、功耗也颇具吸引力，规模化生产后它的价格将只会是 e d f a 的1 2 - 1 3 ，功耗只是e d f a 的1 1 0 1 2 0 。s o a 是采用通信用激光器相 类似的工艺制作而成的一种行波放大器，它为直接电注入器件，当偏置电流低 于振荡阈值时，激光二极管就能对输入相干光实现光放大。由于s o a 具有体积 小、结构简单、功耗低、寿命长、易于同其它光器件和电路集成、适合批量生 产、成本低，可实现增益兼开关功能等特性，在全光波长变换、光交换、谱反 转、时钟提取、解复用中的应用受到了广泛的重视，特别是目前应变量子阱材 料的s o a 的研制成功，已引起人们对s o a 的广泛研究兴趣。国内武汉邮科院 与华中科技大学合作成功地研制开发了在光网络中的关键器件s 0 a ，并很 快实现了产品化，成为继a l c a t e l 公司之后能够批量供应国际市场应用于光开关 的s o a 的供应商，这标志着我国自行研制的应变量子阱器件迈出了商品化生产 的关键一步。又由于s o a 覆盖了1 3 0 0 1 6 0 0 n m 波段，既可用于1 3 0 0 n m 窗口的 光放大器，也可以用于1 5 5 0 n m 窗口的光放大器，且在d w d m 多波长光纤通信 系统中，无需增益锁定，那么它不仅可作为光放大器一种有益的增益选择方 案，而且还可以促成1 3 l o n m 窗口d w d m 系统的实现。近年来s o a 的非线性 第一章绪言 应用的研究获得了重大进展，它在光脉冲整形与压缩、全光波长变换等方面己 显示出巨大的应用潜力 1 0 - 5 6 1 。 1 2 1 半导体光放大器对光脉冲的放大特性 由于s o a 的载流子寿命短，增益恢复的时间长，若入射光脉冲的能量较 大，s o a 在对光脉冲放大的过程中会出现增益饱和，呈现高的光学非线性。一 般来说，s o a 在对光脉冲放大的过程中，由于载流子浓度的变化，引起s o a 折射率的变化，脉冲经过s o a 后，脉冲波形将发生变化。在数值模拟中，关于 s o a 的理论模型最初是由a g r a w a l 和o l s s o n 提出，该模型包含了由于受激辐射 消耗载流子引起的s o a 增益饱和【5 ”。随着人们对这一动态过程认识的逐渐深 入，以后的模型逐步发展到包含带内载流子加热和光谱烧孔引起的增益压缩5 8 。 矧，增益非对称和漂移【6 1 _ 6 2 1 ，随位置和时间变化的载流子寿命等物理机制f 6 l _ 6 2 】。然而，由于采用包含上面所有物理机制的模型在进行数值模拟时比较复 杂，所以一般的模型都只包含部分物理机制。而要准确模拟超短光脉冲经s o a 后的放大脉冲的特性，必须包含所有物理机制。过去a g r a w a l 等人的研究中， 在考虑部分物理机制的情况下，s o a 对高斯光脉冲和边沿较为平缓的超高斯光 脉冲的放大特性作过初步的理论研究，而要使理论研究更加接近物理事实，必 须全面考虑s o a 的物理机制。 1 2 2 光脉冲压缩与整形技术 高重复频率超短光脉冲的产生技术是高速光时分复用( o t d m ) 系统的关键 技术之一。o t d m 通信系统的传输速率越高，所需的光脉冲的宽度越窄。对于 几十或数百g b s 的o t d m 系统，则要求光脉冲的宽度为皮秒或亚皮秒量级。 而一般的高重复频率超短光脉冲源直接产生的光脉冲往往较宽，必须采取光脉 冲压缩技术后才能满足高速光通信的要求。在过去的研究中人们已经探索出很 多关于脉冲压缩和整形的方案和模型，但是大多数模型所得到的压缩脉冲都带 有较大的基座或脉冲压缩程度不高 6 3 - 7 0 1 。利用二阶超高斯光脉冲与信号高斯光 脉冲在合适的时延下同向输入s o a 时，可以使最后得到脉冲较窄，对称性较好 第一章绪言 的放大信号脉冲。在非线性光学环镜( n o l m ) 中，采用具有罗沦兹分布的光 脉冲与s o a 的放大脉冲的交叉相位调制( x p m ) 效应，可以对s o a 的放大光 脉冲进行有效的压缩和整形。基于s o a 和n o l m 的脉冲压缩器的设计模型， 可以得到脉冲宽度窄、基本无基座和较高峰值功率等优点的高质量超短飞秒级 光脉冲，如此的信号光脉冲对提高光纤通信系统的传输容量和传输距离，降低 码间干扰等有着显著的实际意义。 1 2 3 全光网络中的波长变换技术 2 l 世纪是一个信息化的社会，大量的信息传送需要大容量的系统波分复用 ( w d m ) 技术。w d m 的实现使得光纤到户已不再是遥不可及的梦想。w d m 系 统不仅仅能使系统的容量成倍增长，同时它可以利用波长完成路山和交换等功 能。虽然w d m 网络的带宽可以满足每个用户的需求，即使传柬更令人兴奋的 消息：在试验室中实现了4 0 0 0 个信道的w d m 系统，但是系统的波长数日仍然 大大少于实际的节点数目和用户数目。这就使得当两个或多个波长信号向相同 的节点连接时造成波长竞争，这时w d m 网络会有很高的阻塞率。解决上述问 题的关键技术就是利用波长变换( w c ) 。波长变换即为波长的再分配和再利用以 解决交叉连接中的波长竞争、有效地进行路由选择、降低网络的阻塞率。从而 提高网络的灵活性和可扩展性，同时也有利于网络的运行、管理和控制，以及 通道的保护倒换。实现波长变换有光电光( o e o ) 变换和全光变换两大类。光电 光型已经实用，但是其变换效率低，对信号不透明。目前研究热点集中往全光 波长变换上。波长变换除了降低网络阻塞率外，在实现网间的互联及分布式网 管系统方面的作用也是显晰易见的。譬如对内部所有波| 垂可阻进行调度和分配 的子网，在子嘲和上层网络连接时，可以通过波长变换把信号变换到空闲波长 上，实现网络的分布式管理。此外，波长变换还具有适配功能，把非标网络种 波长转换到网络标准波长上束。理想的波长变换器应用到w d m 网络中应具有 诸如对各种调制方式的信号透明、具有高速的变换速率、消光比无劣化等等特 性的要求。但是就目前实际研究，所有波长变换的方法只能满足其中的几个要 求t 这就是说对于特定的网络需要选择特定的波长变换器。波长是一个很重要 的带宽资源。在光纤传送网( o t n ) 中利用波分复用扩展通信容量。在n g n 第一章绪言 中如何防止网络节点阻塞是关键问题。除用大容量的电路由器或软交换外，光 交换是重要技术措施。其中用空间光开关阵列能有效地扩大交换容量，在此基 础上用波长变换( 亦或称波长开关) 可增加信息交换中另一个自由度，进一步 增加信息交换能力。波长变换还允许在网络的不同节点使用同一波长( 即波长 再利用) ，从而有效地利用带宽资源和增加网络的灵活性。在多种波长变换的 方案中，基于s o a 的波长变换比通常的光电光( o e o ) 方式要简单和成本 低。可利用其交叉增益调制( x g m ) 、交叉相位调制( x p m ) 或四波混频 ( f w m ) 方案来实现 7 1 _ 7 6 1 。因f w m 波长转换的效率低而难获得实用：x g m 结构简单、容易实现，但转换后信号与输入信号反相且反转光脉冲带有较大的 啁啾，x p m 能实现同相和消光比高的波长转换，但需要两个s o a 分别置于m 一z 干涉仪的两臂上，这只有用光子集成的工艺才能凑效。为了解决在基于s o a 的交叉增益调制全光波长变换中反转光脉冲带有较大的啁啾，采用串联的s o a 可以在提高转换距离的同时，有效降低反转光脉冲的啁啾量。在基于s o a 的四 波混频全光波长变换中，通过适当调节s o a 的饱和功率、以及光谱烧孔和载流 子加热的饱和功率的情况下，可以得到在较大的波长转换范围内，转换效率均 衡的目的。 1 2 4 在噪声抑制和再生中继器方面的应用 利用波长变换器的非线性输入输出特性研究在再生中继器方面的应用。采 用图1 一l 所示的2 0 g b s 的信号可以改善s n 或者消光比等【7 7 】。 一 g 捌 呼 日 出 脚 日 _ 龃 脚 6 第一章绪言 图1 1利川波k 变换器弭生2 0 g b s 信号( a ) 输出的网眼图形和信号分布 另外指出，若在饱和区域使用光放大器，与通常的线性放大器相比，会降低噪 声指数。这不定会直接改善错误率。但有人提出可以用于改善光限幅光源的 s n ，其效果最近己得到证实。 1 3 本文的主要工作 在高度信息化的今天，光纤通信在现代通信领域中扮演着重要角色。本文 详细研究了s o a 对具有不同陡峭边沿的超高斯光脉冲的放大特性。 综合近十年来的相关研究结果，提出了一个描述皮秒超短光脉冲通过半导 体光放大器的较为完善的模型包含了受激辐射消耗载流子引起的半导体光放 大器增益饱和、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，随位置和时问变化的载流子寿命等物理机制，并进行了相关研究。 提出了应用二阶超高斯光脉冲作为控制脉冲与信号高斯光脉冲同向输入半 导体光放大器的方法来对高斯信号光脉冲在在放大的过程中同时得到压缩整形 的目的。 提出了利用非线性光学环镜中的交叉相位调制效应对经半导体光放大器放 大后的信号脉冲进行压缩整形的新方案。利用此方案可以得到高质量的放大信 号光脉冲。 设计了应用半导体光放大器和非线性光学环镜级联的模型来对高斯信号脉 冲进行压缩。应用此模型，可以使任意具有皮秒量级的高斯信号脉冲被压缩为 具有飞秒量级的超短高质量信号光脉冲。 提出了在交叉增益调制的全光波长转换中，应用级联的半导体光放大器可 以有效降低反转光脉冲的啁啾的同时提高波长转换的距离。 研究了半导体光放大器的饱和功率、以及光谱烧孔和载流子加热的饱和功 率对波长变化转换效率的影响。结果表明：f w m 波长转换的效率与光放大器的 饱和功率以及光谱烧孔和载流子加热的饱和功率密切相关；通过增大光放大器 的饱和功率的同时减小光谱烧孔和载流子加热的饱和功率可在较大的转换范围 内保持转换效率的均衡。 第一章绪言 参考文献 1 j - x c a i e ta l ，ad w d m d e m o n s t r a t i o no f3 ，7 3t b so v e r11 ，0 0 0k m u s i n g 3 7 3 r z d p s kc h a n n e l sa t1 0g b s ，o f c 一2 0 0 3p o s t - d e a d l i n ep a p e r s ，p d 2 2 ：1 - 3 2 c h r i s t i a nr a s m u s s e n e ta l ，d w d m 4 0 gt r a n s m i s s i o no v e rt r a n s - p a c i f i cd i s t a n c e ( 1 0 ，0 0 0k m ) u s i n gc s r z d p s k ，e n h a n c e df e ca n da l l - r a m a na m p l i f i e d1 0 0k m u l t r a w a v ef i b e rs p a n s ，o f c - 2 0 0 3p o s t - d e a d l i n ep a p e r s ，p d l 8 ：1 3 【3 】b b a k h s h i e ta l ，t e r a b i t sf i e l dt r i a lo v e rt h ef i r s ti n s t a l l e dd i s p e r s i o n f l a r e n e d t r a n s p a c i f i cs y s t e m ，o f c - 2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s ，p d 2 7 ：i 一3 【4 】t t s u r i t a n i l e ta l ，7 0 g h z - s p a c e d4 0x4 2 7 g b i t st r a n s m i s s i o no v e r8 7 0 0 k r i l u s i n g c s r zd p s ks i g n a l a l l r a m a n r e p e a t e r s a n d s y m m e t r i c a l l yd i s p e r s i o n m a n a g e d f i b e r s p a n ，o f c - 2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s ，p d 2 3 ：1 - 3 5 g v a r e i l l e e t a l ，8 3 7 0 k m w i t h2 2 d b s p a n s u l ht r a n s m i s s i o no f 1 8 5 + 1 0 7 0 9 g b i t sr z d p s kc h a n n e l s ，o f c 一2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s p d 2 0 ：1 - 3 6 a r p r a t t e ta l ，5 ，7 4 5k md w d m t r a n s c o n t i n e n t a lf i e l dt r i a l u s i n g1 0g b i f f s d i s p e r s i o nm a n a g e ds o l i t o n sa n dd y n a m i cg a i ne q u a l i z a t i o n ，o f c 一2 0 0 3p o s t d e a d l i n e p a p e r s ，p d 2 6 ：l 一3 【7 】7 b z h u e ta l ，6 4 一t b s ( 1 6 0 x4 2 7g b s ) t r a n s m i s s i o nw i t h0 8b i t s h zs p e c t r a l e f f i c i e n c y o v e r3 2x1 0 0k mo ff i b e ru s i n gc s r z - d p s kf o r m a t o f c 。2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s ，p d l 9 ：1 - 3 【8 】j b r o m a g e e ta l ，h i g hc o d i r e c t i o n a lr a m a ng a i nf o r2 0 0 - k ms p a n s ，e n a b l i n g4 0 x10 6 6g b st r a n s m i s s i o no v e r2 4 0 0 k m ，o f c 一2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s p d 2 4 ：1 3 【9 】g c h a r l e t l e ta l ，c o s t o p t i m i z e d 6 3 t b i t s c a p a c i t y t e r r e s t r i a ll i n ko v e r 1 7 x 1 0 0 k mu s i n gp h a s e s h a p e d b i n a r yt r a n s m i s s i o ni n ac o n v e n t i o n a la l l 。e d f a s m f b a s e ds y s t e m ，o f c - 2 0 0 3p o s t d e a d l i n ep a p e r s ，p d 2 5 ：1 3 1 0 j c s i m o n ，p d o u s s i & e ，p l a m o u l e r ，i v a l i e n t e ，a n df r i o u ，“t r a v e l l i n g w a v es o aw i t hr e d u c e dn o n l i n e a r d i s t o r t i o n s ，”e l e c t r o n l e t t ，19 9 4 ，3 0 ，4 9 5 0 【1i 】r ，j m a n n i n ga n dd a o d a v i e s ，“t h r e e w a v e l e n g t hd e v i c ef o ra l l o p t i c a l s i g n a lp r o c e s s i n g ，”o p t l e t t ，1 9 9 4 ，1 9 ，8 8 9 8 9 1 ， 1 2 】p e s e l b m a n n ，t p h e s s l e r ，j l p l e u m e e k e r s ，m a d u p e r t u i s ，b d e v e a u d b d a g e n s ，a n dj - y e m e r y ，“o b s e r v a t i o no fd a r kp u l s ef o r m a t i o ni ng a i nc l a m p e d s o a sb y c r o s s g a i nm o d u l a t i o n ，”a p p l p h y s l e t t ，1 9 9 9 ，7 5 ，3 7 6 0 3 7 6 2 8 第一章绪言 【1 3 】m y o s h i n oa n dk i n o u e ，“i m p r o v e m e n to f s a t u r a t i o no u t p u tp o w e ri na ns l a t h r o u g hp u m p i n gl i g h ti n j e c t i o n ，”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，1 9 9 6 ，8 ，5 8 _ 5 9 1 4 1m u s a m i ，m t s u r u s a w a ，a n d y m a t s u s h i m a ，“m e c h a n i s m f o r r e d u c i n g r e c o v e r yt i m eo fo p t i c a ln o n l i n e a r i t yi ns e m i c o n d u c t o rl a s e ra m p l i f i e r ，”a p p l p h y s l e t t ，19 9 8 ，7 2 ，2 6 5 7 2 6 5 9 15 y h k a o ，t j x i a ，m n i s l a m ，a n dg r a y b o n ，“l i m i t a t i o n so nu l t r a f a s t o p t i c a ls w i t c h i n gi na ns l ao p e r a t i n ga tt r a n s p a r e n c yc u r r e n t ，”j a p p l p h y s ，19 9 9 ， 8 6 ，4 7 4 0 4 7 4 7 【16 j l p l e u m e e k e r s ，m 一a d u p e r t u i s ，t h e s s l e r ，p e s e l b m a n n ，s h a a c k e ，a n d b d e v e a u d ，“l o n g i t u d i n a ls p a t i a lh o l eb u r n i n ga n da s s o c i a t e dn o n l i n e a rg a i ni n g a i n c l a m p e ds o a s ，”i e e ej q u a n t u me l e c t r o n ，1 9 9 8 ，3 4 ，8 7 9 8 8 6 1 7 】c t a i ，s l t z e n g ，h c c h a n g ，a n dw i w a y ，“r e d u c t i o no fn o n l i n e a r d i s t o r t i o ni n m q ws o au s i n gl i g h ti n j e c t i o n a n di t s a p p l i c a t i o n i n m q a m t r a n s m i s s i o ns y s t e m s ，”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，1 9 9 8 ，1 0 ，6 0 9 6 11 【1 8 】k i n o u ea n dm y o s h i n o ，“g a i nd y n a m i c so f as a t u r a t e ds e m i c o n d u c t o rl a s e r a m p l i f i e rw i t h1 4 7 _ m l d p u m p i n g ，”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，19 9 6 ，8 ，5 0 6 5 0 8 ， 【1 9 】g i l l n e r ，l ，“c o m p a r a t i v es t u d yo fs o m et r a v e l l i n g w a v es e m i c o n d u c t o rl a s e r a m p l i f i e rm o d e l s “，i e e ep r o c e e d i n g sj ，1 9 9 2 ，1 3 9i s s u e ：5 ，3 3 9 3 4 7 2 0 】c o n n e l l y ，m j ，“w i d e b a n d s e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r s t e a d y s t a t e n u m e r i c a lm o d e l “，i e e ej o u r n a lo fq u a n t u me l e c t r o n i c s ，2 0 0 1 ，3 7i s s u e ：3 ，4 3 9 4 4 7 2l 】m o w e n ，m f c s t