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基于四波混频效应的全光波长变换

王维涛

   全光波长变换器是未来全光通信的关键器件之一,目前报道的基于四波混频效应的全光波长变换效率为-18.56dB,其变换效率较低。为了获得稳定的、变换效率较高的全光波长变换,文中首先从四波混频的起源出发在理论上推出了四波混频效率的表达式,找出了影响混频效率的参数。接着利用Matlab、OptiSystem等软件自行编写程序模拟出了各参数条件下波长变换效率的变化曲线,不仅首次利用OptiSystem成功模拟出了基于非线性色散光纤、掺饵光纤放大器加非线性色散光纤、以及半导体光放大器的全光波长变换(其最高变换效率可达19.7dB),而且通过调整抽运光以及信号光功率实现了利用闲频光实现的全光波长变换,并获得了高达12dB的变换效率。研究发现利用闲频光实现的全光波长变换较之利用变换光实;运光功率27dBm,光纤衰减系数为0.2dB/km,光纤有效面积为54μm^2的条件下,获得了较为稳定的高达15.4dB的变换效率。实际实验中,采用H8153A激光器作为光源,经过AVANEX A1941 40信道波分复用器AWG分成的两束光信号作为抽运光以及信号光,频率分别为194.78THz、194.99THz。两束光经耦合器输出到KPS-BT-C-30-PB-SA型EDFA后,抽运光以及信号光经过放大输出到色散平坦光纤G655中,由光纤中的FWM效应成功实现了全光波长变换,其频谱图可通过光谱分析仪AQ6319观测。 半导体光放大器(SOA)具有增益带宽宽(1300~1600nm),增益平坦性好,能够动态转换波长、体积小、抽运简单、可批量生产、成本低等优点。半导体光放大器的主要特性取决于有源层介质特性和激光腔的特性,发光媒介是非平衡载流子即电子-空穴对。在利用半导体光放大器实现全光波长变换过程中,通过调整系统参数首次提出了波长变换效率随着SOA注入电流的增加而变化、以及SOA腔长变化而变化的观点。模拟发现在注入电流为0.8A时基本达到饱和;且SOA的腔长在小于200μm范围内,波长变换效率随SOA腔长的增加而迅速增加,在200-800μm范围内,波长变换效率不受SOA腔长的影响;在选择抽运光与信号光的频率时,二者的频率差应控制在0.14THz范围内;耦合器的衰减对波长变换效率有很大影响,应当选择衰减小于3dB的耦合器;在抽运光与信号光频率差为0.03THz,SOA腔长为600μm,抽运功率为1dBm的条件下,通过调整SOA的注入电流,在0.18A时,得到了最大变换效率为4.4dB的一阶FWM变换波,在1A时,得到了最大变换效率为19.7dB的高阶FWM变换波。 目前报道的基于FWM-AOWC中,均是利用变换光实现的全光波长变换,而利用闲频光实现的全光波长变换却没有报道。仿真中我们成功模拟出了利用闲频光实现的全光波长变换,并找出了影响这种波长变换效率的因素。通过调整半导体光放大器的注入电流、SOA腔长、抽运光与信号光的频率差、偏振、耦合器信号衰减与抽运衰减等参数的值,获得了12dB的变换效率。且研究发现利用闲频光实现的全光波长变换比利用变换光实现的全光波长变换有较好的稳定性,有着广阔的应用前景。通过进一步分析发现,对耦合器中信号光以及抽运光的衰减系数进行调整,可分别实现利用变换光实现的全光波长变换以及利用闲频光实现的全光波长变换。 目前虽然光-电-光型波长变换技术较为成熟,且已经实际应用,但是它不能保证信号转换的透明性,且光电转换速率已近乎达到其极限,而成为高速光通信的“电子瓶颈”,噬待需要一种新的波长变换器件。基于四波混频效应的全光波长变换具有结构简单,转换速率可达T比特级,以及它是目前唯一一种真正意义上的透明波长变换技术,成为当前研究的热点。论文通过对基于四波混频效应全光波长变换技术的详细分析,获得了一定的理论依据,在实验中获得了初步成功,为今后FWM-AOWC技术的实用化提供了一定的理论依据。……   
[关键词]:波长变换;全光波长变换;四波混频;色散平坦光纤;半导体光放大器;掺饵光纤放大器;OptiSystem
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:聊城大学2007年