全光波长变换和频率上变换技术的研究

北京邮电大学

硕士学位论文

全光波长变换和频率上变换技术的研究

姓名：薛伟琦

申请学位级别：硕士

专业：物理电子学

指导教师：林金桐

20070131

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为了更好的使ＳＯＡ可以应用于高速的波长交换系统中，近些年来已经提出了一些改进的技术。其中最根本的加速载流子恢复的方法应该是选择合适的半导体材料并且通过设计新型的ＳＯＡ微结构来实现。但是这种方法不可避免地会提高ＳＯＡ的成本，而且目前来说这种方法在实现上有些困难。

最近［２５］中报道了一种新型、简单的结构能大幅度的提高ＳｏＡ在高速波长变换中的性能。这种方法的基本实验装置如图３．４．２所示。

ｐｒｏｂｅ∞ｎｖｅｒｌｅｄｐｒｏｂｅ

图３．４．２滤波器辅助的波长变换系统框图

在这种实验方法中，最重要的部分是光带通滤波器，通过将滤波器的中心波长偏置在探测波长的蓝移分量处可以很好的提高高速信号，例如１６０Ｇｂ／ｓ，波长交换后的信号性能，大大改善ＳＯＡ在实现４０Ｇｂ／ｓ或者１６０６ｂ／ｓ波长变换的性能。

利用已有的模型，对１６０Ｇｂ／ｓ的波长变换进行了详细的研究。这罩探测光功率和波长分别为一０．８ｄＢｍ和１５４８．４ｎｍ，泵浦光的功率是３．１ｄＢｍ，波长为１５５３．６ｎｍ。辅助滤波器为高斯型滤波，３ｄＢ带宽为１．０５ｎｍ，滤波器的中心波长从１５４７．８ｎｍ到１５４８．６ｎｍ之间可调。图３．４．３给出了变换后信号的眼图张丌度与滤波器中心频率之阃的变化关系。由图可以看出在探测波长１５４８．４ｎｍ的蓝移分量处，存在一个最佳的眼图张歹Ｆ度，也就是说通过合适的调节滤波器的工作波长可以大大的提高波长变换后信号的性能。这一仿真结果与已经报道的实验［２６］很好的吻合。

图３．４．３眼图张开度随滤波器中心波长的变化

下面我们对这一现象进行初步的解释，图３．４．４给出了探测光在经过ＳｏＡ波长变换后信号的增益和啁啾的演化曲线。从图中我们可以看到：】下啁啾即蓝移啁啾总是与增益增长同时出现，而红移啁啾则总是与增益的衰减相对应。因此我们主动的选择输出信号的蓝移分量就相当于加速了载流子的恢复，从而可以提高

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２．５ＧＨＺ

１０

ＯｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅＰＤＰＢＳ

图４．１．１利用ＳＡＯ中的ＮＰＲ实现全光频率上变换的实验装置图图４．１。３给出了两路信号同时频率上变换后的信号眼图，从图中可以看出，４０６Ｈｚ载波对２．５ＧＨｚ信号的调制深度很小，也就是说，经上边换后信号的消光比严重降低。这说明实验中用的ＳＯＡ并没有完全实现对探测光的偏振旋转，通过前一章对ＳＯＡ的分析，我们可以确定造成这一原因的就是载流子的恢复时问较长，就造成了４０ＧＨｚ载波对探测光偏振旋转效应的下降。因此我们对１５３８．５４ｎｍ的信号光进行了２４Ｇｔｔｚ的全光频率上变换，图４．１－４给出了变换后的时域波形图，从图４．１．３（ａ）与图４．１．４的对比可以看出，对于较低速率的光载波来说，ＳＯＡ可以很好地利用非线性偏振旋状效应来实现全光的频率上变换。这同时也说明通过提高ＳＯＡ中的载流子恢复速度，可以将ＳＯ＾应用于高速的ＲＯＦ系统中。

（ａ）（ｂ）

图４．１．２‘８泼用后的４０８ｆｔｚ光载波时域波形（２０ｐｓ／ｄｉｖ）；（ｂ）ｊｉｒ八ｓｏ＾的波长为１５３８．５４ｔｉｎ

的删信号眼图（１００ｐｓ／ｄｉｖｋ

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图４．１．３（ａ）频率上变换后１５３０．５４ｎｍ信号眼图（１００ｐｓ／ｄｉｖ）；（ｂ）频率上变换后１５４０．２５ｎｍ

信号眼图（１００ｐｓ／ｄｉｖｋ

图４．１．４波长１５３８．５４ｎ，ｎ的全光频率频率上变换后的时域波形（５００ｐｓ／ｄｉｖ）４．２基于高非线性光纤（ＨＮＦ）的实现方案

４．２．１实现原理

光克尔效应是非线性现象中的一种重要的效应。自从１９７３年［２７１在光纤中首次观察到光克尔效应以来，就引起了人们的极大关注。在光克尔效应中，用一束强泵浦光引起的双折射来改变弱探测光在各向同性的非线性介质中的传输，包括光纤。

基于这种效应制成了光克尔开关，其工作原理如图４．２．１所示，在高非线性光纤的入射端口，强泵浦光和弱探测光均为线偏振光，偏振方向夹角为４５度。再没有泵浦光的时候，光纤输出端的检偏器将阻止探测光的通过。有泵浦光时，由于泵浦光引起的双折射效应，将使探测光的平行和垂直分量的折射率发生不同

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而得到很大的改善。通过四路ＷＤＭ信号的光谱可以看到，四路信号均出现了明显的４０ＧＨｚ、８０ＧＨｚ甚至１２０ＧＨｚ的边峰。这都说明了利用高非线性光纤的非线性偏振旋转效应可以很好地同时实现４路ＷＤＭ信号到４０ＧＨｚ光载波的全光频率上变换。但是由于缺少４０ＧＨｚ的电解调设备，我们无法对上转换后的信号进行解调检测。为了能够达到这一目的我们又设计了４Ｘ２．５ＧＨｚ＠２０ＧＨｚ的频率上变换实验，并对上变换信号进行了解调。

（ａ）（ｂ）

图４．２．３（ａ）四路输入ｗ蹦信号光谱（Ｏ．８ｎｍ／ｄｉｖ）；（”复用后得４０Ｇｉｌｚ光载波的波形

（２０ｐｓ／ｄｉｖ）。

（ｄ）

图４．２．４经过全光频率上转换后信号的波形（１．Ｏｎｓ／ｄｉｖ）和频谱图（Ｏ．５ｎｍ／ｄｉｖ）．（ａ）１５３５．６４∞，（”１５３７．０３∞，（ｃ）１５３８．５４ａｍ，（ｄ）１５４０．２５ｒｉｍ．４Ｘ２．５ＧＨｚ＠２０ＧＨｚ的全光频率上变换实验装置如图４．２．５所示，四路ＷＤＭ信号的产生方式与上面的实验相同，如图４．２．６（ａ）所示。２０ＧＨｚ的光载波由ＩＯＧＨｚ的电时钟信号经放大以后调制于偏置在以处的铌酸锂调制器产生，如图４．２．６（ｂ）所示，波长为１５５０ｎｍ。

图４．２．５４ｘ２．５ＧＨｚａ２０ＧＨｚ的全光频率上变换实验装置

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