基於半導體光放大器的多比特全光比較器的研究

《基於半導體光放大器的多比特全光比較器的研究》是依託北京交通大學，由王智擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於半導體光放大器的多比特全光比較器的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王智
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

全光比較器是全光幀頭識別、業務等級管理等數位訊號處理模組的基本功能器件，是將來構建光防火牆，保障全光網路安全的光域方案的根本器件。但是目前仍沒有真正意義的多比特全光比較器，本項目申請基於半導體光放大器的多比特全光比較器的研究，具有很高的理論價值和學術水平，對全光分組交換網路節點的技術發展有重要意義，對長遠發展的全光網路的全光安全有重要前瞻性。本項目結合理論研究與仿真分析方法，研究SOA中多個非線性物理過程和損耗、色散、噪聲等對信號傳輸的作用。分別採取串列級聯比較和並行逐位比較兩種方案，研究SOA的噪聲積累、時延抖動、比特同步、信號劣化等內容；解決時延和相位的精確控制，信號損傷與信號質量的改善，比特複製與串並變換，多波長信號在全光比較器中的行為等關鍵問題。分別在2.5Gbps和10Gbps速率下，實驗研究單波長和8波長DWDM系統的1、2、4、8bit全光比較器。

結題摘要

在SOA器件和全光信號處理方面進行了基礎理論、數值仿真和實驗探索研究。基於多能級結構和載流子速率方程理論，採用經典的分段算法和分步傅立葉方法，建立了半導體光放大器的理論模型，擴展到量子點半導體光放大器的理論模型，完成了相關的基礎理論研究。從理論上研究了SOA的增益、相位、啁啾、色散、四波混頻等基本動力學特性，並研究了基於SOA的多種複雜結構的增益、相位、相干特性。研究非均勻電流注入與非正規SOA的增益特性，討論了基於非正規SOA的環形腔雷射器的光譜特性，實驗研製了基於SOA的波長掃描/傅立葉域鎖模環形腔雷射器。 理論研究並仿真分析SOA中四波混頻效率與泵浦功率、信號功率、注入電流、SOA長度、波長間隔等因素的關係；利用四波混頻現象，仿真實現了100Gbps DPSK信號全光異或邏輯，100Gbps DQPSK信號的全光波長變換。 對多種邏輯方案進行了詳細的仿真研究，對全光開關和快取中連續脈衝流的碼型效應和圖樣失真進行了詳細的仿真和理論研究。 理論與仿真研究了基於SOA-MZI及其級聯結構的全光異或邏輯和多比特全光比較器，輸出端的信號可用於控制光網路節點中的光觸發器。信號速率100Gbps的3位比較器輸出脈衝的峰值功率超過了7mW，輸出脈衝的半高全寬為8.5ps，消光比是48dB。信號速率500Gbps的8比特比較器，輸出脈寬大約0.1ps。 提出了一種基於增益譜的測量SOA色散的方法，準確地測得了實驗室的SOA色散譜。利用微調架和自聚焦透鏡，研製了基於微調架的空間光時延可調系統，兩個方向行程的插入損耗較低，而且一致性較好，平移精度達到5um，可控制延遲精度為17fs。利用相位調製器和M-Z干涉儀實現了對10Gb/s的超快微分，獲得了100Gb/s速率的信號。在兩個不同波段的SOA中分別利用XPM效應實現全光異或邏輯XOR，可對傳輸數據進行加密，經傳輸後在接收端利用XOR解密，在實驗室實現了2.5Gbps的系統，輸入信號消光比代價小於3dB，偏振相關性僅約1dB。利用SOA實驗研究了基於偏振編碼的雙極性乘法器，基於環形雷射器級聯結構的全光判決器。