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基于相敏放大器的QPSK信号全光再生和组播技术研究

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1 绪论

1.1 全光信号再生和组播技术的研究意义

1.2 全光信号再生技术研究现状

1.3 全光波长组播技术研究现状

1.4 本论文的主要工作和创新点

2 光参量放大过程工作原理

2.1 四波混频理论

2.2 参量增益特性分析

2.3 相位匹配条件

2.4 本章小结

3 相位敏感放大过程工作原理

3.1 引言

3.2 单模闲频光简并相敏放大结构

3.3 双模非简并相敏放大结构

3.4 本章小结

4 同时实现QPSK信号全光再生和波长组播的理论模型

4.1 工作原理分析

4.2 七波模型数值计算

4.3 本章小结

5 同时实现QPSK信号全光再生和波长组播的性能评估

5.1 VPI Optical Systems仿真软件简介

5.2 全光再生和组播方案仿真研究

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 论文中缩略词含义

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摘要

以互联网为基础的信息时代,人们对光纤通信网络的容量需求急速增加,数字相干光通信顺应时代潮流重新复苏。应用于相干光通信的高级调制格式信号是实现超高速超大容量超长距离光通信的必然选择,同时波长组播技术可以灵活的调节光网络的路由,因而同时实现高级调制格式信号的全光再生和波长组播技术成为一个越来越受关注的问题。本论文的工作主要针对普遍采用的正交相移键控(QPSK)调制格式信号的全光再生和波长组播问题,提出了基于双共轭泵浦相敏放大结构,对所提方案中的最优信号再生和波长组播条件等问题进行了理论研究和仿真验证,研究内容包括:
  (1)在广泛阅读国内外相关文献的基础上,对当今国内外各种全光再生方案以及波长组播方案进行了归类分析,并着重介绍了基于相位敏感放大原理的全光再生结构和基于级联四波混频效应的组播方案,比较了各种方案的优缺点。
  (2)系统阐述了光纤中四波混频效应尤其是光参量放大过程中的增益和相位变化特性,理论推导出信号光在光纤传输中的电场变化方程,重点讨论了不同相位匹配条件下信号参量增益,以及从相位匹配角度来分析四波混频过程中的各种现象。
  (3)介绍了两种不同的相敏放大模型,单模闲频光简并相敏放大结构和双模非简并相敏放大结构。针对两种相敏放大结构的不同特点,分别推导出两种模型中信号光或闲频光的传递函数。
  (4)在单模闲频光简并相敏放大结构的基础上,提出了一种基于双共轭泵浦相敏放大器的QPSK信号全光再生和组播技术的研究方案。根据方案中的光波相互作用情况,采用七波耦合模方程模型来数值求解信号和两路组播信道的各种特性。发现了非线性相移会影响信号光的相位传递函数,而对闲频光的相位传递函数无影响。同时还发现信号光和两路组播信道之间最佳相位压缩点存在偏移,存在输入信号的最佳相位。最后研究了工作于增益饱和模式下相敏放大过程对本方案组播信道信号质量的影响。
  (5)采用专业的光学系统仿真软件VPItransmission maker9.0构建了QPSK信号发射和相干接收系统,并搭建了基于双共轭泵浦的相敏放大器来验证提出方案的可行性。软件仿真结果与数值求解的结果非常吻合,有力证明了理论模型的正确性。通过优化相敏放大结构获得最优的参数组合。在最佳非线性相移和最优输入相位条件下,再生后信号的误差向量幅度(EVM)减少了33%,误码率(BER)曲线显示在 BER=10-3的条件下,光信噪比代价可以改善约1dB。结果表明所提出的QPSK信号全光再生和波长组播方案可以有效地对信号相位噪声进行压缩,实现信号的全光再生,同时可以复制出多路含相同信息的信道,用于光网络中波长组播应用。

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