面向相位调制信号的若干全光信号处理技术的研究

发布时间：2017-06-18 13:21

  本文关键词：面向相位调制信号的若干全光信号处理技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线移动网络的发展、视频业务的增加以及大数据时代的到来,使得网络信息容量不断增加,网络传输速率由10 Gb/s提升到40 Gb/s及以上,传统的强度调制信号不再适用于高速光通信。相位编码格式凭借其更高的频谱效率、有效地提高了系统的非线性容限、本征色散及偏振模色散容限等优点,在高速光通信网络中广泛应用。相位编码格式在40 Gb/s及以上高速光网络中的应用,不仅传输链路的技术需要改变,同时还对网络技术、全光信号处理技术等带来了新问题。作为全光交换网的关键技术之一——全光缓存技术,也需要适应这种编码格式的变化。本文在国家自然基金项目“面向40 Gb/s以上新型编码格式的全光缓存、慢光与净负荷提取研究”的支持下,就相位编码格式的全光网络中全光缓存技术和与之相关的信号处理技术进行了研究,主要研究包括：研究了DPSK信号与QPSK信号的调制解调原理,为了适应全光网的带宽动态分配中的变速率问题,针对变速率的相位调制信号解调进行了研究,提出了一种可调谐的NRZ-DPSK解调器,实现不同比特速率NRZ-DPSK信号转换：为解决高速率电信号产生困难的问题,利用基于NRZ-DPSK信号的可调谐解调器实现了10 Gb/s电信号倍速为20 Gb/s光信号,同时为解决全光网的各个全光信号处理单元(比如各个缓存器单元)之间的同步问题,对NRZ-DPSK信号的时钟提取技术进行了相关的研究,提出了一种基于可调谐解调器的全光时钟提取技术;对全光信号处理(全光缓存与全光时钟提取)技术中关键器件半导体光放大器(SOA)的性能进行了深入研究,提出了SOA吸收损耗因子及线宽增强因子新的测量方法；基于以上研究,为解决交换节点处的数据包竞争及拥堵现象,提出了一种基于SOA非线性偏振旋转的面向相位调制格式的全光缓存技术,利用第3章提出的可调谐解调器对缓存效果进行了解调分析,并为今后按比特缓存和全光时序交换打下基础。本论文的主要创新性工作如下：1.针对NRZ-DPSK信号的调制解调进行了深入研究,介绍了NRZ-DPSK信号的可调谐解调器的原理,提出了一种基于斐索干涉仪的NRZ-DPSK信号的可调谐解调器。通过实验证明了可调谐解调器能够解调2.5 Gb/s-40 Gb/s的NRZ-DPSK信号。与现有解调器相比,提出的基于自由空间光的NRZ-DPSK信号具有连续可调且调谐范围大、调谐速度快等优点。2.提出了一种基于外调制器、NRZ-DPSK信号可调谐解调器及延迟合成器的电光倍速方法,实现了10 Gb/s电信号倍速至20 Gb/s光信号,通过脉冲压缩获得了20 ps的窄脉冲：其次提出基于斐索干涉仪·的NRZ-DPSK信号的可调谐解调器的时钟提取方法,并实验实现了2.5Gb/s和5 Gb/s NRZ-DPSK信号的全光时钟提取,对影响时钟信号消光比的因素进行了分析。3.对全光信号处理(全光缓存与全光时钟提取)的关键器件——SOA的性能进行了深入研究,提出并实验验证了一种计算SOA线宽增强因子的方法。基于SOA的非线性偏振旋转效应,考虑偏振相关增益的影响,理论推导Stokes矢量、SOA增益与线宽增强因子之间的关系,通过实验测得斯托克斯矢量并计算得到线宽增强因子的数值,得到注入电流与线宽增强因子之间的变化关系。注入光功率由50μW至1 mW范围内,注入电流在90 mA至170 mA范围内变化时,TE模线宽增强因子在10.5至8.5范围内变化,TE线宽增强因子在8.2至5.8范围内变化。4.研究了SOA内部损耗因子,对原有SOA增益公式进行修正并通过实验和仿真得到不同注入电流时内部损耗因子的数值及变化曲线,给出了内部损耗因子与注入电流之间关系的经验公式,同时测定了小信号增益系数和饱和输出功率,实验计算结果与理论相符。5.对一种基于SOA的非线性偏振旋转效应实现对DPSK信号的全光缓存进行了研究。基于SOA中非线性偏振旋转光开关,实现了10 Gb/sNRZ-DPSK信号的全光缓存,缓存粒度0.4μS、缓存时间达到4μS,缓存深度达到90%,缓存后的NRZ-DPSK信号经过基于自由空间光的快速可调谐的NRZ-DPSK信号解调器解调,解调后信号BER低于10-9；研究了不同光功率NRZ-DPSK信号的非线性偏振旋转效应及NRZ-DPSK信号缓存时的增益均衡问题。
【关键词】：相位调制格式 半导体光放大器 可调谐解调器 电光倍速 时钟提取 非线性偏振旋转 全光缓存器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-12
• 序言12-16
• 1 绪论16-36
• 1.1 高速光通信与新型调制格式16-19
• 1.2 采用新型调制格式光网络的发展19-21
• 1.3 面向新型调制格式的全光信号处理技术21-33
• 1.3.1 NRZ-DPSK信号的可调谐解调器22-24
• 1.3.2 面向新型调制格式的全光逻辑24-26
• 1.3.3 相位调制信号的时钟提取26-30
• 1.3.4 全光缓存器30-33
• 1.4 本论文的主要研究工作33-36
• 2 NRZ-DPSK及QPSK信号的调制与解调36-60
• 2.1 引言36
• 2.2 NRZ-DPSK信号的调制36-42
• 2.2.1 NRZ-DPSK信号的调制原理36-38
• 2.2.2 NRZ-DPSK信号的调制仿真及实验38-42
• 2.3 基于斐索干涉仪的NRZ-DPSK信号可调谐解调器42-49
• 2.3.1 NRZ-DPSK信号可调谐解调器原理42-44
• 2.3.2 NRZ-DPSK信号可调谐解调器的实验44-49
• 2.4 QPSK信号调制解调的研究49-59
• 2.4.1 QPSK信号调制仿真50-53
• 2.4.2 QPSK信号调制实验53-55
• 2.4.3 QPSK信号的解调55-59
• 2.5 本章小结59-60
• 3 基于NRZ-DPSK可调谐解调器的光信号处理60-84
• 3.1 引言60
• 3.2 NRZ-DPSK信号解调为不同占空比的RZ信号60-63
• 3.2.1 不同占空比RZ信号的解调原理60-61
• 3.2.2 不同占空比RZ信号的解调实验61-63
• 3.3 基于可调谐解调器的电光倍速63-71
• 3.3.1 电光倍速器原理63-65
• 3.3.2 电光倍速实验65-71
• 3.4 全光时钟提取71-82
• 3.4.1 NRZ-DPSK信号时钟提取原理72
• 3.4.2 NRZ-DPSK信号时钟提取的实验系统72-75
• 3.4.3 实验结果75-82
• 3.5 本章小结82-84
• 4 SOA对相位调制信号的影响及其特性的研究84-112
• 4.1 引言84-85
• 4.2 SOA对相位调制格式信号的作用85-93
• 4.2.1 SOA对NRZ-DPSK信号的作用85-91
• 4.2.2 SOA对QPSK信号的作用91-93
• 4.3 基于SOA非线性偏振旋转效应线宽增强因子的测量93-105
• 4.3.1 非线性偏振旋转效应原理96-97
• 4.3.2 SOA线宽增强因子测量原理97-100
• 4.3.3 实验及计算结果100-105
• 4.4 SOA内部损耗因子研究105-111
• 4.4.1 内部损耗因子理论分析106-107
• 4.4.2 实验测量及数据分析107-111
• 4.5 本章小结111-112
• 5 相位调制信号的全光缓存研究112-132
• 5.1 引言112
• 5.2 基于SOA非线性偏振旋转的全光缓存器原理与结构112-115
• 5.3 NRZ-DPSK信号的非线性偏振旋转效应115-119
• 5.4 NRZ-DPSK信号的全光缓存119-131
• 5.4.1 NRZ-DPSK信号全光缓存实验系统119-120
• 5.4.2 NRZ-DPSK信号缓存增益均衡120-123
• 5.4.3 NRZ-DPSK信号全光缓存实验结果123-131
• 5.5 本章小结131-132
• 6 总结与展望132-134
• 6.1 论文完成的主要工作132-133
• 6.2 进一步工作展望133-134
• 参考文献134-142
• 索引142-144
• 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果144-148
• 学位论文数据集148

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本文编号：459473