光通信系统中全光信号处理若干关键技术研究

光通信系统全光信号处若干关键技研究随着互联网和多媒体技术的飞速发展人们对通信带宽和信号处理速度的要求越来越高,作为互联网和通信网基础的光传输网络面临承载海量数据的压力光传输网络正朝着高速率、大容量方向发展。在高速光传输技术发展的同时中间节点的数据交换如果仍然进行光/电/光转换受限的电信号处理速度一定会成为高速光传输的―瓶颈‖。因此直接在光域对信号进行处理不需要光/电/光转换的全光信号处理技术受到广泛关注。本论文对其中的全光组播技术以及具有组播功能的非归零码(non-return-to-zero,NRZ)到归零码(return-to-zero,RZ)型转换技术进行了深入研究束不同波长的光同时在光纤中传输发生交叉相位调制cross-phasemodulation,XPM)可以用耦合非线性薛定谔方程描述XPM感应频谱展宽,在整个频率范围内伴随着振荡结构,频谱由许多峰构成。由于耦合非线性薛定谔方程为非线性偏微分方程组一般情况下无解析解。如果按照目前常用的分步傅里叶方法,在输入信号为高斯信号的情况下,数值求解与时间有关的非线性相移及XPM感应的频率啁啾进而计算峰与峰之间的频率间隔,这样的计算结果与仿真实验结果存在很大误差。本研究分析其误差产生的原因,并通过微扰方法对XPM不稳定性最大一阶增益角频率公式进行了修正。具有较高的频谱效率、较好光纤非线性容忍度的16-QAM(Quadratureamplitudemodulation,QAM)码型调制技术一直是商用系统的备选方案而受到了广泛的关注。但是目前对相位携带信息的光信号的监测还缺乏有效手段。为进行高速率光信号相位信息测量相关工作需要根据实验室现有条件调制出16-QAM的信号。

所以本文对16-QAM的调制技术进行了理论研究。论文的主要研究工作如下:(1)基于高非线性光纤的XPM效应,首次研究了泵浦功率和探测功率对组播信道数目的影响;通过适当的控制两束光的光功率实现了10信道且Q因子大于6的组播,组播信道在探测光中心波长两侧依次对称出现且整齐的排列在探测光中心波长两侧。泵浦光和探测光的功率对组播信道的建立影响显著但是对信道中心波长和信道间距的影响不明显。(2)首次提出了基于高非线性光纤效应的、符合国际电信联盟(internationaltelecommunicationsunion,itu)度标准的组播方案仅使用一束泵浦光和一束连续光,通过调整泵浦光和探测光的波长,仿真实现了10信道、q大于6的c波段的组播探测波波长为1544.92nm浦波波长为时,组播信道间距约为0.8nm,信道编号从h35h44。互换探测波和泵浦波波长值,组播信道可以向长波长方向转换目前为止基于光纤的xpm效应主要用来做波长转换,而符合标准的xpm组播的尚未见报道。基于该技术的组播比基于四波混频效应的组播取得的信道数目更多实验结构简单。(3)泵浦光和探测光之间的波长差每次增0.4nm,采集70张xpm谱图,发现波长差的变化将引起xpm感应光谱椭圆周期性演化过程前还没有见到关于xpm脉冲演化规律性的实验报道仿真实验证明峰与峰之间的频率间隔就是组播信道的信道间隔。为计算信道间距,对g.p.agrawal教授在忽略两束光群速度失配条件下(假设vg1≈vg2),xpm不稳定性最大一阶增益角频率公式进行修正得到两束光波长差较大时的最大一阶增益角频率公式。修正后的公式与仿真结果定性相符。

利用一个泵浦光和一个时钟脉冲作用,通过高非线性光纤的xpm实现了9信道具有组播功能nrz到rz码的码型转换技术,rz号的脉宽受时钟信号脉宽控制且可调。仿真结果表明:具有组播功能nrz到码的码型转换的组播信道与利用连续探测光的组播信道具有相同的中心波长和信道间距用同一根光纤能够完成10git/s和20gbit/s的nrz-rz码型转及组播。该结果证明nrz-rz码型转换器与全光组播器可以功能一体化组播器仅仅更换部分原件即可成为码型转换器。(5)初步开展了调制、