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光分组网中基于量子点半导体光放大器的光信号处理技术的研究

韩会宁  
【摘要】: 进入21世纪,互联网技术和多媒体技术的广泛应用,使得承载各种数据业务和多媒体业务的电信网面临着新的挑战。作为电信网的基础传送平台,光传送网在网络结构、通信质量、传输距离和容量上都需要进一步提高,以便更好地将具有巨大传输带宽能力的光传输技术同承载IP数据业务的交换技术融合。光分组网(OPN)的提出为解决这一问题提供了良好的解决方案。 光分组网是以光分组作为最小的交换颗粒,带宽可以按照用户的需求在分组级上灵活地分配,从而可以显著提高带宽的利用率,并且有效支持多粒度的数据业务,是能够满足不同业务需求的新一代智能型先进光交换网络。但是在实现方面,还有许多技术难题有待克服,主要包括大容量可升级的光交换矩阵、超高速全光逻辑、超高速全光波长转换、可集成的高速全光缓存以及光分组路由算法、有效的冲突解决机制等。量子点半导体光放大器(QD-SOA)的出现,为提高全光器件的速率提供了解决办法。 基于以上的分析,本文紧密围绕OPN中基于QD-SOA的若干关键技术,包括光分组交换节点结构及串扰、全光逻辑异或门、全光逻辑与门、超高速全光波长转换,做了系统深入的研究,论文的主要工作如下: (1)从QD-SOA在OPN中应用的角度出发,建立了量子点材料和QD-SOA的三能级速率方程模型,系统地分析了量子点材料和QD-SOA优于普通体材料的各种优越性能; (2)建立了光开关和节点的流量模型,首次研究了基于QD-SOA中交叉增益调制(XGM)效应的光开关矩阵的串扰问题,量化分析了QD-SOA参数、输入信号参数以及节点流量特性对光开关矩阵的开关比、串扰、规模以及级联能力等性能的影响;提出了优化QD-SOA交换矩阵的具体措施; (3)建立了辅以QD-SOA的马赫增德尔干涉仪(QD-SOA-MZI)的数学模型,对基于QD-SOA-MZI的超高速全光异或门进行了较深入的理论分析和数值仿真,提出了此类全光异或门设计建议和关键参数的取值范围; (4)提出了一种基于QD-SOA-MZI结构的全光与(AND)逻辑门方案,通过数值仿真验证了该方案的可行性,并给出了系统优化建议和关键参数的取值范围,结果表明所提方案能够实现160Gb/s速率下的与逻辑功能; (5)提出了基于QD-SOA和太赫兹光学非对称解复用器(QD-SOA-TOAD)的超高速波长转换方案,并通过数值仿真研究了影响该系统性能的关键参数,得出了最佳性能时关键参数的取值范围; (6)建立了量子点半导体光放大器-延迟干涉仪(QD-SOA-DI)结构中的等效噪声源模型,分析了ASE噪声对基于QD-SOA-DI的全光波长变换装置性能的影响,提出了在此类方案中抑制噪声和提高系统性能的方法。


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