基于鈮酸鋰光波導的高速全光信號處理技術研究.pdf

1、全光信號處理是未來高速大容量全光通信網(wǎng)絡的關鍵技術?；阝壦徜嚬獠▽У娜庑盘柼幚砭哂谐臁⒌驮肼暤葍?yōu)點，近年來受到越來越多的關注。本文圍繞基于周期極化反轉鈮酸鋰(PPLN)光波導的二階和級聯(lián)二階非線性效應開展了全光波長轉換、全光邏輯門、全光碼型轉換、全光信號再生和全光超寬帶(UWB)信號產(chǎn)生等理論和實驗研究，發(fā)現(xiàn)了二階非線性和PPLN光波導“光相位擦除”新特性，具體內容如下： (1) 討論了基于PPLN光波導全光信號處理的基本理

2、論。推導了倍頻(SHG)、和頻(SFG)、差頻(DFG)、級聯(lián)倍頻和差頻(cSHG/DFG)、級聯(lián)和頻與差頻(cSFG/DFG)等二階和級聯(lián)二階非線性效應非耗盡近似條件下的解析解，分析了轉換效率和轉換帶寬，比較了轉換功能和相位共軛即光譜反轉特性。 (2) 對一個傳統(tǒng)觀念“二階非線性和PPLN光波導完全透明”產(chǎn)生疑問并通過實驗和理論論證了PPLN光波導其實也存在“不透明”的一面，并由此發(fā)現(xiàn)了二階非線性和PPLN光波導“光相位擦除”的

3、新特性。利用這一“光相位擦除”新特性實驗實現(xiàn)了40 Gbit/s載波抑制歸零碼(CSRZ)到歸零碼(RZ)的碼型轉換、40 Gbit/s差分相移鍵控(DPSK)信號的真解調、光雙二進制碼(ODB)到非歸零碼(NRZ)和RZ的碼型轉換、傳號交替反轉碼(AMI)到RZ的碼型轉換以及單極性偽歸零碼(S-PRZ)的產(chǎn)生。另外，實驗發(fā)現(xiàn)了四波混頻(FWM)“不透明”的一面及其“光相位擦除”新特性，同時實現(xiàn)了40 Gbit/s CSRZ到RZ的全光

4、碼型轉換。 (3) 實驗研究了基于PPLN光波導二階和級聯(lián)二階非線性效應的高速全光波長轉換。基于cSFG/DFG實驗實現(xiàn)了40 GHz皮秒脈沖固定輸入－可變輸出(可調諧)、可變輸入－固定輸出、可變輸入－可變輸出等多功能全光波長轉換以及同時正反向波長轉換。構建新穎的PPLN光波導雙環(huán)腔可調諧波長轉換器基于cSFG/DFG 實驗實現(xiàn)了可調諧全光波長轉換，無需任何外界注入連續(xù)光源，裝置結構簡單易實現(xiàn)，有效降低了系統(tǒng)復雜性和成本?；赾S

5、HG/DFG實驗實現(xiàn)了40 GHz皮秒脈沖“廣播式”波長轉換和40 Gbit/s頻移鍵控(FSK)、光雙二進制(ODB)、傳號交替反轉(AMI)等先進高級調制格式的波長轉換。 (4) 理論和實驗研究了基于PPLN 光波導二階和級聯(lián)二階非線性效應的高速全光邏輯門?；赟FG實驗實現(xiàn)了40 Gbit/s NRZ非(NOT) 門，理論研究了40 Gbit/s雙向半減器、異或門(XOR)、或門(OR)。基于cSFG/DFG提出并理論研究了

6、僅利用單個PPLN光波導同時實現(xiàn)40 Gbit/s與(AND) 門、XOR門、OR門、半加器和半減器。實驗實現(xiàn)了20 Gbit/s和40 Gbit/s三信道NRZ和RZ 輸入AND 門以及20 Gbit/s和40Gbit/s三信道NRZ-DPSK和RZ-DPSK輸入XOR門。實驗研究了40 Gbit/s CSRZ同時碼型轉換和AND門、CSRZ-DPSK 同時碼型轉換和XOR門。基于cSHG/DFG 實驗實現(xiàn)了40 Gbit/s CSR

7、Z的AND門。 (5) 理論和實驗研究了基于PPLN光波導二階和級聯(lián)二階非線性效應的高速全光碼型轉換。提出一種新穎的PPLN光波導環(huán)形鏡碼型轉換器，基于SFG、cSHG/DFG、cSFG/DFG理論研究了40 Gbit/s NRZ到RZ的碼型轉換。實驗實現(xiàn)了基于cSHG/DFG、cSFG/DFG 10 Gbit/s和20 Gbit/s NRZ到RZ的碼型轉換，采用全光時鐘提取的方法獲得同步抽運光時鐘。提出并理論研究了40 Gbit

8、/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK、NRZ 到CSRZ、RZ到CSRZ、NRZ-DPSK到CSRZ-DPSK以及RZ-DPSK到CSRZ-DPSK的碼型轉換并進行了驗證性實驗。 (6)提出并理論研究了基于PPLN光波導的全光信號再生?；赾SHG/DFG 且將信號光置于SHG過程準相位匹配(QPM)波長處，此時波長轉換具有提高消光比、光信噪比和品質因子的功能，因而可以改善信號質量。 (7) 理論和實驗研究了基于PPLN光

9、波導的全光UWB脈沖信號產(chǎn)生。提出一種新的思路和方法用于產(chǎn)生任意階UWB脈沖信號，即將UWB脈沖視為“過沖”和“下沖”的合成，利用參量放大可產(chǎn)生“過沖”而參量衰減可產(chǎn)生“下沖”，基于級聯(lián)PPLN光波導SFG和cSHG/DFG理論研究了UWB Monocycle、UWB Doublet、UWB Triplet、UWB Quadruplet和UWB Quintuplet的產(chǎn)生。基于單個PPLN光波導SFG參量衰減作用實驗實現(xiàn)了UWB Mon