%ba于sfrl的fwm型可调谐全光波长转换器的研究new

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1、华中科技大学博士学位论文基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器的研究姓名：李培丽申请学位级别：博士专业：物理电子学指导教师：黄德修;张新亮20050511摘要可调谐全光波长转换器是智能化密集波分复用（DWDM）全光通信网络中的关键器件之一。基于半导体光纤环形腔激光器（SFRL）的四波混频（FWM）型可调谐全光波长转换器不仅对信号光的调制格式、调制速率严格透明，能实现多波长转换，而且可以节省了一个外部泵浦光源，简化了装置，利用环行腔中的可调谐光滤波器，可方便地实现可调谐波长转换，因而受到了广泛的关注。本文

2、围绕基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器进行了较为系统的理论和实验研究。具体内容如下：（1）研究了SFRL用作波长转换器的理论基础，推导了半导体光放大器（SOA）中最基本的光场传输方程和载流子速率方程，讨论了SOA中的各种非线性效应，尤其是三阶非线性效应；研究了基于SFRL的交叉增益调制（XGM）型波长转换器和基于SFRL的FWM型波长转换器的工作机理，并分析了它们的优缺点。（2）给出了基于SFRL的FWM型波长转换器的简洁、直观、使用方便的lump模型，并首次建立了这种波长转换器的完整的宽带理论模型

3、。在宽带理论模型中，对SOA有源区和放大自发辐射（ASE）谱都进行了分段，并且考虑了SOA的材料增益谱、载流子的空间分布、光场的纵向空间分布和宽带ASE谱等。宽带理论模型是研究这种可调谐全光波长转换器进行性能分析和优化设计的理论基础。（3）利用建立的基于SFRL的FWM型可调谐全光波长转换器宽带理论模型，通过数值模拟的方法，对这种可调谐波长转换器的稳态特性和动态特性进行了深入的理论研究，分析了输入信号光功率、注入电流强度、环形腔中两个耦合器的耦合比、激射波长和SOA有源区长度对输出特性的影响，还分析了线宽增

4、强因子和限制因子对转换光消光比和啁啾的影响。（4）首次实现了20Gbit/s的基于SFRL的FWM型可调谐波长转换，并且进行了10Gbit/s的基于SFRL的FWM型可调谐波长转换的实验，研究了这种可调谐波长转换器的转换效率和信噪比（SBR）与输入信号光功率、注入电流、环形腔中两个耦合器耦合比和SFRL激射波长的关系，还研究了输入信号光功率对转换光消光比的影响以I及传输速率对波长转换器传输特性的影响。（5）首次提出了基于单端耦合SFRL的FWM型可调谐波长转换方案，建立了这种波长转换器完整的宽带理论模型。从

5、理论上和实验上对基于单端耦合SFRL的FWM型波长转换器进行了研究。理论结果表明，选择合适的反射端反射率，这种方案可以有效地提高转换效率和信噪比。（6）提出了注入辅助光的基于双输出波长SFRL的FWM型波长转换新方案，这种方案可以实现宽带、高效率、偏振无关的波长转换。从理论上对它进行了研究，并建立了注入辅助光的基于双输出波长SFRL的FWM型波长转换器的宽带理论模型。关键词：半导体光放大器（SOA）半导体光纤环形腔激光器（SFRL）可调谐波长转换四波混频（FWM）性能改善IIABSTRACTTunablea

6、ll-opticalwavelengthconverterswillbeoneoftheessentialdevicesinfutureintellectualizeddensewavelength-divisionmultiplexed(DWDM)all-opticalnetworks.Tunablewavelengthconverterbasedonfour-wavemixing(FWM)insemiconductorfiberringlaser(SFRL)hasadvantages,whicharep

7、ossessedbythewavelengthconverterbasedonFWM,suchasstricttransparencytobittherateandmodulationformatofsignals,phaseconjunction,multiplechannelssimultaneousconversionabilityetc.Furthermore,itpossessesthevirtuesofsavinganexternalpumpsourcetosimplifydeviceandex

8、pedientlybeingtuned.Somanyattentionswerepaidtothiskindofwavelengthconversion.Inthisdissertation,theoreticalandexperimentalresearchonwavelengthconversionbasedonFWMinSFRLispresented.Themaincontentsareasfollows: