【摘要】：本論文是基于國家自然科學(xué)基金重點項目“分布式星群高速激光組網(wǎng)傳輸理論與技術(shù)”(NSFC No.61231012)展開的。在信息數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增長的當(dāng)今時代,隨著人們對信息量的需求以及各項信息技術(shù)的快速發(fā)展,構(gòu)建超高速、大容量的全光網(wǎng)勢在必行。然而對于超高速光網(wǎng)絡(luò),高速光信號在長距離傳輸中面臨的衰減、色散,以及各種非線性效應(yīng)引起的信道串?dāng)_,使得長距離鏈路傳輸中光信號受到嚴(yán)重的損傷和畸變,因此針對光信號再生的鏈路中繼技術(shù)研究成為解決這一問題的有效手段。傳統(tǒng)的基于“光-電-光”(O-E-O)的光電混合中繼由于功耗大、體積大、并且受到光電器件的“電子速率瓶頸”限制,已經(jīng)不能滿足超高速、大容量光信息傳輸鏈路的信號再生需求。與傳統(tǒng)的O-E-O中繼方式相比較,全光中繼具有功耗小、體積小、信號不經(jīng)O-E-O轉(zhuǎn)換、對于信號速率相對透明等優(yōu)點,因此采取全光手段對于受損光信號進(jìn)行再生及轉(zhuǎn)發(fā),能夠有效解決激光鏈路中長距離傳輸引起的信號衰減和畸變問題,是未來超高速全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。在本論文中,針對超高速、大容量光網(wǎng)絡(luò)的信號再生問題,我們從全光1R(再放大,Re-amplification)再生、全光2R(再放大、再整形;Re-amplification,Re-shaping)再生、全光3R(再放大、再整形、再定時;Re-amplification,Reshaping,Re-timing)再生的三種不同層次再生手段出發(fā)進(jìn)行再生系統(tǒng)仿真與實驗研究,取得了以下成果:1、提出了基于二級前向泵浦放大機(jī)制的摻鉺光纖放大器實現(xiàn)弱信號的低噪聲、高增益再放大,即全光1R再生。指出了與傳統(tǒng)基于摻鉺光纖放大器的再放大方案相比較,我們提出的全光1R再生方案可以有效抑制摻鉺光纖放大器中自發(fā)輻射噪聲,實現(xiàn)高接收靈敏度、低噪聲系數(shù)、高信號增益的弱信號低噪聲高增益再放大。該方案可以有效用于光信號中繼放大及高速空間光通信的高探測靈敏度直接探測。2、分別提出了基于高非線性介質(zhì)中交叉增益調(diào)制、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻等三階光學(xué)非線性效應(yīng)的全光波長變換器用以實現(xiàn)鏈路傳輸光信號的全光2R再生及轉(zhuǎn)發(fā)。指出了我們最終所提出的基于簡并四波混頻偏振分集方案的全光2R再生系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)寬波長范圍、高轉(zhuǎn)換效率、信號調(diào)制格式透明、信號比特率透明、偏振不敏感的幅度和形狀,可以被廣泛用于全光2R再生中繼、基于光波長地址的全光交換機(jī)、光信號多路組播轉(zhuǎn)發(fā)器中。3、提出了基于半導(dǎo)體光放大器中交叉增益調(diào)制效應(yīng)的注入鎖模激光器實現(xiàn)鏈路傳輸信號的全光時鐘恢復(fù),指出了通過采取后向注入連續(xù)波輔助光可以有效降低由于鎖模器件半導(dǎo)體光放大器中載流子恢復(fù)時間較長引起的碼型效應(yīng),采取該方案可以從鏈路傳輸?shù)?0Gbit/s歸零數(shù)據(jù)流中提取出低定時抖動、低幅度抖動、窄脈沖寬度的10-GHz同步時鐘信號。該方案可以被有效用于RZ信號的全光同步時鐘提取,是全光信號再定時的關(guān)鍵技術(shù)。4、基于全光2R研究結(jié)論,提出了基于高非線性光纖中偏振分集四波混頻效應(yīng)的全光判決門,結(jié)合全光時鐘恢復(fù)技術(shù),對超高速光網(wǎng)絡(luò)中鏈路傳輸受損信號實現(xiàn)全光3R再生判決,指出了該全光3R再生技術(shù)可以有效被應(yīng)用于單波長超高速光時分復(fù)用系統(tǒng)、光時分-波分混合復(fù)用系統(tǒng)的大容量光網(wǎng)絡(luò)中,實現(xiàn)鏈路傳輸受損信號的再放大、再整形、再定時。5、基于半導(dǎo)體光放大器中交叉增益調(diào)制和高非線性光纖中四波混頻效應(yīng)等三階非線性效應(yīng),首次提出了多波長超短脈沖鎖模激光器功能結(jié)構(gòu),通過實驗驗證,指出了該多波長脈沖鎖模激光器具有很大的研究價值和應(yīng)用潛力,該激光器作為載波光源可有效應(yīng)用于密集波分復(fù)用和光時分復(fù)用的融合網(wǎng)絡(luò)中,實現(xiàn)超高速、大容量的全光網(wǎng)絡(luò)。6、提出了超高速大容量光網(wǎng)絡(luò)中弱信號全光再生系統(tǒng)結(jié)構(gòu),通過搭建實驗系統(tǒng)進(jìn)行功能演示,驗證了我們所提出的三種全光再生系統(tǒng)的普遍適用性、方案可行性和技術(shù)優(yōu)越性。
【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(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1

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本文編號：2796677