多波长半导体环形腔激光器及其应用研究

【摘要】：全光信号处理技术是全光通信技术的支撑，在光通信中发挥着越来越重要的作用。全光多波长转换和多波长时钟恢复不仅能极大地提高波分复用（WDM）光网络的速率和带宽，而且可以降低再生系统的成本和复杂性，因此成为目前研究的热点。半导体光纤环形腔激光器（SFRL）可以应用于全光波长转换、全光时钟恢复以及全光码型变换等全光处理领域能够用作多波长光源、实现广播式波长转换以及全光时钟恢复等全光信号处理，且具有结构简单、实现全光并行处理、减少节点花费和复杂度等优点。本文基于多波长SFRL的交叉增益调制（XGM）效应提出了多波长转换和多波长时钟恢复的两种新方案，并对其进行了深入的理论研究。具体内容如下： 1)介绍了多波长转换和多波长时钟恢复的研究意义，综述了多波长转换、多波长时钟恢复以及多波长SFRL的研究概况。 2)建立了多波长SFRL的宽带理论模型,在宽带模型中，对半导体光放大器（SOA）的有源区进行了分段，并且考虑了SOA的材料增益谱、载流子的空间分布和光场的纵向空间分布，梳状滤波器的传输函数等。在宽带理论模型的基础上，对多波长SFRL进行了理论研究，研究SOA工作参数对其输出性能的影响。 3)基于SOA中的XGM效应，提出了一种基于多波长SFRL的广播式波长转换新方案，分析了多波长SFRL在波长转换中的特性，研究了输入信号光功率、注入电流强度、输入信号光波长对输出特性的影响和码元速率对频率啁啾的影响。同时，将基于多波长SFRL的广播式波长转换器与单个SOA的XGM型广播式波长转换器进行了对比。 4)基于SOA的XGM效应，提出了一种基于多波长SFRL的多波长时钟恢复的新方案，实现了4Gb/s和10Gb/s的归零码（RZ）的多波长时钟恢复，并分析了输入信号光功率、注入电流强度和码元速率对时钟信号质量的影响。