發(fā)布時間：2017-06-20 17:02

  本文關(guān)鍵詞：光通信系統(tǒng)中全光信號處理若干關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對通信帶寬和信號處理速度的要求越來越高,作為互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)基礎(chǔ)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)面臨承載海量數(shù)據(jù)的壓力,光傳輸網(wǎng)絡(luò)正朝著高速率、大容量方向發(fā)展。在高速光傳輸技術(shù)發(fā)展的同時,中間節(jié)點的數(shù)據(jù)交換如果仍然進行光/電/光轉(zhuǎn)換,受限的電信號處理速度一定會成為高速光傳輸?shù)?瓶頸‖。因此直接在光域?qū)π盘栠M行處理,不需要光/電/光轉(zhuǎn)換的全光信號處理技術(shù)受到廣泛關(guān)注。本論文對其中的全光組播技術(shù)以及具有組播功能的非歸零碼(non-return-to-zero,NRZ)到歸零碼(return-to-zero,RZ)碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)進行了深入研究。兩束不同波長的光同時在光纖中傳輸發(fā)生交叉相位調(diào)制(cross-phase modulation,XPM)可以用耦合非線性薛定諤方程描述。XPM感應(yīng)頻譜展寬,在整個頻率范圍內(nèi)伴隨著振蕩結(jié)構(gòu),頻譜由許多峰構(gòu)成。由于耦合非線性薛定諤方程為非線性偏微分方程組,一般情況下無解析解。如果按照目前常用的分步傅里葉方法,在輸入信號為高斯信號的情況下,數(shù)值求解與時間有關(guān)的非線性相移及XPM感應(yīng)的頻率啁啾,進而計算峰與峰之間的頻率間隔,這樣的計算結(jié)果與仿真實驗結(jié)果存在很大誤差。本研究分析其誤差產(chǎn)生的原因,并通過微擾方法對XPM不穩(wěn)定性最大一階增益角頻率公式進行了修正。具有較高的頻譜效率、較好光纖非線性容忍度的16-QAM(Quadrature amplitude modulation,QAM)碼型調(diào)制技術(shù)一直是100Gb/s商用系統(tǒng)的備選方案而受到了廣泛的關(guān)注。但是目前對相位攜帶信息的16-QAM光信號的監(jiān)測還缺乏有效手段。為進行高速率光信號相位信息測量相關(guān)工作,需要根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件調(diào)制出16-QAM的信號。所以本文對16-QAM的調(diào)制技術(shù)進行了理論研究。論文的主要研究工作如下:(1)基于高非線性光纖的XPM效應(yīng),首次研究了泵浦功率和探測功率對組播信道數(shù)目的影響;通過適當(dāng)?shù)目刂苾墒獾墓夤β?實現(xiàn)了10信道且Q因子大于6的組播,組播信道在探測光中心波長兩側(cè)依次對稱出現(xiàn),且整齊的排列在探測光中心波長兩側(cè)。泵浦光和探測光的功率對組播信道的建立影響顯著,但是對信道中心波長和信道間距的影響不明顯。(2)首次提出了基于高非線性光纖xpm效應(yīng)的、符合國際電信聯(lián)盟(internationaltelecommunicationsunion,itu)粒度標(biāo)準(zhǔn)的組播方案。僅僅使用一束泵浦光和一束連續(xù)光,通過調(diào)整泵浦光和探測光的波長,仿真實現(xiàn)了10信道、q大于6的c波段的組播。當(dāng)探測波波長為1544.92nm、泵浦波波長為1554.78nm時,組播信道間距約為0.8nm,信道編號從h35到h44。互換探測波和泵浦波波長值,組播信道可以向長波長方向轉(zhuǎn)換。到目前為止,基于光纖的xpm效應(yīng)主要用來做波長轉(zhuǎn)換,而符合itu標(biāo)準(zhǔn)的xpm組播的尚未見報道�；谠摷夹g(shù)的組播比基于四波混頻效應(yīng)的組播取得的信道數(shù)目更多,實驗結(jié)構(gòu)簡單。(3)泵浦光和探測光之間的波長差每次增加0.4nm,采集70張xpm光譜圖,發(fā)現(xiàn)波長差的變化將引起xpm感應(yīng)光譜橢圓周期性演化過程。目前還沒有見到關(guān)于xpm脈沖演化規(guī)律性的實驗報道。仿真實驗證明峰與峰之間的頻率間隔就是組播信道的信道間隔。為計算信道間距,對g.p.agrawal教授在忽略兩束光群速度失配條件下(假設(shè)vg1≈vg2),xpm不穩(wěn)定性最大一階增益角頻率公式進行修正,得到兩束光波長差較大時的最大一階增益角頻率公式。修正后的公式與仿真結(jié)果定性相符。(4)利用一個泵浦光和一個時鐘脈沖作用,通過高非線性光纖的xpm實現(xiàn)了9信道具有組播功能nrz到rz碼的碼型轉(zhuǎn)換技術(shù),rz信號的脈寬受時鐘信號脈寬控制且可調(diào)。仿真結(jié)果表明:具有組播功能的nrz到rz碼的碼型轉(zhuǎn)換的組播信道與利用連續(xù)探測光的組播信道具有相同的中心波長和信道間距。使用同一根光纖能夠完成10git/s和20gbit/s的nrz-rz碼型轉(zhuǎn)及組播。該結(jié)果證明nrz-rz碼型轉(zhuǎn)換器與全光組播器可以功能一體化,即組播器僅僅更換部分原件即可成為碼型轉(zhuǎn)換器。(5)初步開展了16-qam調(diào)制、解調(diào)的理論研究工作,用4電平驅(qū)動信號驅(qū)動兩只雙臂馬赫-增德爾調(diào)制器搭建了16-qam發(fā)射模型。接收端使用一個90o光混合器和兩個平衡探測器做接收,仿真結(jié)果表明16-QAM星座圖清晰。
【關(guān)鍵詞】：高非線性光纖 交叉相位調(diào)制 NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換 組播 16-QAM
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-9
• ABSTRACT9-14
• 1 緒論14-20
• 1.1 課題的研究背景及意義14-18
• 1.2 論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排18-20
• 2 XPM效應(yīng)理論基礎(chǔ)20-30
• 2.1 光脈沖在光纖中的傳輸方程21-25
• 2.2 交叉相位調(diào)制的耦合非線性薛定諤方程25-29
• 2.3 總結(jié)29-30
• 3 入射光功率對高非線性光纖XPM組播貢獻研究30-53
• 3.1 目前主要的組播技術(shù)30-37
• 3.1.1 基于SOA交叉增益調(diào)制的組播30-31
• 3.1.2 基于SOA交叉相位調(diào)制的組播31-32
• 3.1.3 基于SOA四波混頻效應(yīng)的全光組播32-34
• 3.1.4 基于光纖介質(zhì)四波混頻效應(yīng)的全光組播34-35
• 3.1.5 基于PPLN波導(dǎo)和硅納米線的全光組播35-37
• 3.2 本文在全光組播方面的研究工作37-51
• 3.2.1 仿真實驗建立37-38
• 3.2.2 仿真結(jié)果和討論38-51
• 3.3 總結(jié)51-53
• 4 符合ITU粒度的組播研究53-65
• 4.1 仿真實驗54
• 4.2 仿真結(jié)果54-57
• 4.3 增大碼元速率仿真結(jié)果57-58
• 4.4 互換泵浦光和探測光波長仿真結(jié)果58-61
• 4.5 分析與討論61-63
• 4.6 總結(jié)63-65
• 5 波長間距變化引起XPM光譜演化研究與最大一階增益頻率公式修訂65-87
• 5.1 光纖的基本參量65-67
• 5.2 仿真實驗光譜圖像67-79
• 5.3 微擾方法對XPM一階最大增益譜頻率公式修訂79-86
• 5.4 總結(jié)86-87
• 6 具有組播功能的NRZ到RZ碼型轉(zhuǎn)換性能研究87-99
• 6.1 基于高非線性光纖交叉相位調(diào)制的NRZ到RZ碼轉(zhuǎn)換工作原理88-89
• 6.2 仿真實驗建立89-90
• 6.3 結(jié)果和討論90-97
• 6.4 總結(jié)97-99
• 7 16-QAM調(diào)制技術(shù)及仿真實現(xiàn)99-113
• 7.1 調(diào)制器基本原理99-103
• 7.2 16-QAM方案分析103-107
• 7.2.1 星型 16-QAM實現(xiàn)方案103-105
• 7.2.2 方型 16-QAM實現(xiàn)方案105-107
• 7.3 16-QAM發(fā)射端仿真實現(xiàn)107-111
• 7.4 總結(jié)111-113
• 8 論文工作總結(jié)與展望113-115
• 8.1 研究工作總結(jié)113-114
• 8.2 進一步研究工作展望114-115
• 參考文獻115-128
• 附錄A：論文中縮略詞含義128-129
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果129

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