本文選題：參量放大　切入點(diǎn)：2R全光再生　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著光交換集成芯片技術(shù)的發(fā)展,全光再生集成芯片也開(kāi)始受到人們的關(guān)注。本文主要研究三階參量過(guò)程中光放大、光整形功能的硅基芯片實(shí)現(xiàn),以及多電平全光再生技術(shù)。主要內(nèi)容及創(chuàng)新如下：1.研究了硅基波導(dǎo)中導(dǎo)波光的非線性傳輸特性,提出用開(kāi)關(guān)增益來(lái)表征硅基波導(dǎo)的參量放大性能,分析了雙光子吸收和自由載流子吸收對(duì)開(kāi)關(guān)增益的影響。計(jì)算表明,通過(guò)優(yōu)化硅基波導(dǎo)橫截面尺寸及其長(zhǎng)度,可有效提升參量放大的開(kāi)關(guān)增益;利用雙光子吸收效應(yīng),還可以實(shí)現(xiàn)接近階躍型的功率轉(zhuǎn)移曲線,其整形和限幅效果可通過(guò)改變硅基波導(dǎo)的長(zhǎng)度以及減小自由載流子吸收加以優(yōu)化。2.設(shè)計(jì)加工了三種尺寸的硅基2R全光再生(再放大,再整形)芯片,其長(zhǎng)度分別為1cm、2cm、3cm,橫截面尺寸均為606nm×220nm。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明,硅基波導(dǎo)的線性損耗為2.2dB/cm,單端口光柵耦合損耗為6dB,同時(shí)也觀察到了明顯的雙子吸收以及自由載流子吸收現(xiàn)象。采用數(shù)據(jù)泵浦方案,測(cè)量了3cm再生芯片在不同波長(zhǎng)間隔下的功率轉(zhuǎn)移函數(shù),其功率轉(zhuǎn)移函數(shù)斜率在1.8附近,并實(shí)現(xiàn)了12.5Gbit/s NRZ(non-return-to-zero)信號(hào)的再生,得到了消光比高達(dá)3.9dB的提升。3.提出一種多電平全光再生器的通用設(shè)計(jì)方法,并采用歸一化功率轉(zhuǎn)移函數(shù)來(lái)分析全光整形器噪聲抑制比性能,給出了馬赫曾德?tīng)柛缮?Mach-Zehnder interferometer, MZI)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一級(jí)近似多電平幅度再生的振幅和相位條件。作為一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例,描述了由自相位調(diào)制非線性光纖和光移相器構(gòu)成的MZI全光再生器設(shè)計(jì)過(guò)程。研究表明,多電平全光再生的性能可由參考功率點(diǎn)來(lái)度量,它對(duì)應(yīng)著輸入再生電平的上限,再生功率電平數(shù)會(huì)隨著參考功率點(diǎn)的增加而增加。對(duì)于高斯噪聲劣化的4PAM光信號(hào)而言,其歸一化幅度抖動(dòng)為0.02,使用該MZI全光再生器,可以獲得約6.5dB的噪聲抑制性能,比一階再生器提高約5dB。
[Abstract]:With the development of optical switching integrated chip technology, all-optical regenerative integrated chip has been paid more and more attention. In this paper, we mainly study the realization of silicon chip with optical amplification and optical shaping function in third-order parametric process. And multilevel all-optical regeneration technology. The main contents and innovations are as follows: 1. The nonlinear propagation characteristics of guided wave in silicon-based waveguides are studied, and a switch gain is proposed to characterize the parametric amplification performance of silicon-based waveguides. The effects of two-photon absorption and free carrier absorption on the switching gain are analyzed. The results show that by optimizing the cross-section size and length of the silicon-based waveguide, the switching gain of parametric amplification can be effectively enhanced, and the two-photon absorption effect is used. The shaping and limiting effects can be optimized by changing the length of the silicon-based waveguide and reducing the free carrier absorption. 2. Three sizes of silicon based 2R all-optical regeneration (reamplifying) are designed and fabricated. The length of the chip is 1 cm ~ (2) cm ~ (2) cm ~ (-1) and the cross section is 606 nm 脳 220 nm ~ (m) respectively. The experimental results show that, The linear loss of silicon-based waveguide is 2.2 dB / cm, and the coupling loss of single-port grating is 6 dB. At the same time, the phenomena of binon absorption and free carrier absorption are also observed. The power transfer function of 3cm regenerative chip at different wavelength intervals was measured. The slope of the power transfer function was around 1.8, and the regeneration of 12.5 Gbit / s NRZN non-return-to-zero) signal was achieved. A general design method of multilevel all-optical regenerator is proposed, and the normalized power transfer function is used to analyze the noise suppression ratio performance of the all-optical shaper. In this paper, the amplitude and phase conditions of MZI (Mach-Zehnder Interferometer) structure for first-order approximate multilevel amplitude regeneration are given. The design process of MZI all-optical regenerator composed of self-phase-modulated nonlinear fiber and optical phase shifter is described. It is shown that the performance of multilevel all-optical regeneration can be measured by reference power points, which corresponds to the upper limit of input regenerative level. The number of regenerated power levels will increase with the increase of reference power points. For the 4PAM optical signal with Gao Si noise deterioration, the normalized amplitude jitter is 0.02. Using the MZI all-optical regenerator, the noise suppression performance of 6.5dB can be obtained. Compared with the first order regenerator, it is about 5 dB.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN40

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