光分组交换网中的光信号处理技术研究

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1、上海交通大学博士学位论文光分组交换网中的光信号处理技术研究姓名：义理林申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：胡卫生20080401上海交通大学博士学位论文摘要全光逻辑以及波长变换也是OPS网络的关键技术。波长变换用于解决网络拥塞造成的波长冲突，全光逻辑用以实现包头识别处理等功能。为了提高网络的灵活性，通常要求一个全光逻辑器件能实现多种逻辑功能，并且各逻辑操作结果的波长可根据需要进行调节以避免网络拥塞。我们利用SOA的非线性偏振旋转效应(NPR)以及交叉增益调制效应(XGM)相结合实现了可重构全光逻辑门及波长变换，避免了以往基于干涉结构可重构逻辑门的高成本，以及基于四波混频效应(F

2、WM)的可重构逻辑门对操作波长的限制。理论上基于单个SOA的NRR效应可实现所有逻辑操作(NOT，XOR，Ⅺ畸oR，OR，NoR，AND，NAND)。实验中，受器件的限制，我们实现了lO-Gb／s数据的NOT，OR，NOR，AND，NAND逻辑操作以及同相波长变换(即变换后的信号和初始信号具有相同的极性)。3．自动增益控制掺铒光纤放大器(AGC-EDFA)的设计光开关以及逻辑操作都会造成信号功率的损耗，因此在OPS网络节点需要使用放大器补偿信号功率。此外，由于光分组的长度一般在几十微秒到几毫秒量级，与EDEA的铒离子能级驰豫时间相当，当某一波长光分组进入EDFA时会产生类似SOA中的XGM

3、效应，影响其余信道上的光分组功率，因此工作于OPS网络中的EDFA还需具有增益控制的功能。同时考虑到OPS网络对带宽的需求，我们分别设计了C波段增益控制EDFA和C+L波段增益控制EDFA。1)结合环形腔√K配．EDFA和反射型AGC．EDFA结构的优点，以低成本的方式解决了基于双光栅反射型AGC-EDFA中增益难以调谐的问题，并且采用双通结构提高增益效率。2)设计了一个低噪声的并联式C+L波段全光AGC-EDFA。1525nm-1610nm波长范围的信号都可得到有效放大．除了在1565nm-1572m的“死区’’外，所有波长的噪声指数都控制在约5．5dB的噪声水平。临界增益控制输入功率为

4、．5dBm，在增益控制区内，增益变化小于0．2dB。4．基于宽带受激布里渊散射(SBS)的可调慢光延迟线性能研究光缓存是OPS网络研究的重中之重，它的研究进展决定了OPS的实用进程。目前还没有可实用的光缓存，我们旨在通过减慢光速来实现信号的存储或者同步。基于SBS的慢光研究是目前的一大热点，我们的相关研究工作如下：上海交通大学博士学位论文攮要1)首次提出通过对布里渊泵浦进行相位调制来展宽布里渊放大器增益谱，将布里渊增益带宽展至1．6GHz，首次演示了1．25Gb／s伪随机序列(PRBS)信号的在宽带SBS中的延迟，并比较了非归零(NRZ)和归零(1屹)脉冲的在此宽带SBS中的延迟性能。·2

5、)进一步提出利用迈克一曾德强度调制器(MZM)替代相位调制器(PM)实现泵浦相位调制，展宽布里渊增益谱．可避免PM产生的相位调制信号具有的强时钟边带导致信号质量劣化的问题，从而可将布里渊增益谱展宽至10GI'Iz．3)在噪声直接调制展宽布里渊泵浦的情况下，使用一高功率电放大器将高斯电噪声放大至饱和，此时能量主要集中在中心的高斯噪声将变成能量均匀分布的超高斯噪声。超高斯噪声调制产生的布里渊泵浦以及对应的布里渊增益谱也呈超高斯分布，因此在相同的布里渊泵浦功率下，相对高斯噪声调制情况，超高斯分布的泵浦将获得更大的布里渊增益，亦即更大的慢光延迟量。4)首次采用具有高谱效率，抗色散性强的10Gb／s

6、双二进制(Duobinary)信号作为布里渊信号在宽带SBS中进行延迟，与10Gb／s的NRZ信号进行比较，可避免慢光色散以及滤波效应带来的信号劣化，从而大幅度提高延迟后的信号质量，具体表现为延迟后的接收灵敏度得到有效提高。5)首次利用带宽可调的高斯型SBS增益实现了任意比特速率DPSK信号的同时延迟和解调，并基于此获得了创记录的10Gb／s信号无误码延迟性能(最大无误码延迟时间为81．5ps)。5．基于光纤参量放大(FOPA)的可调慢光延迟线相对SBS慢光，基于FOPA的慢光延迟线主要优点在于带宽更大，可支持更高速率(如160Gb／s)的信号延迟；另外，参量噪声低于布里渊放大，因此延迟导

7、致的信号质量劣化更小．1)理论推导了基于参量效应的慢光表达式，利用窄带(带宽约1．6nm)光纤参量放大实现可调慢光延迟，通过改变泵浦波长或光纤的零色散波长，实现整个通信波段(C+L波段)信号的可控延迟。2)用10Gb／sRZ数据包代替单个信号脉冲进行延迟演示，首次演示了无误码慢光操作，50ps宽脉冲延迟15ps灵敏度代价仅为0．6dB，从系统的高度验证了参量可调慢光延迟线的用于实际系统的可行性。上海交通大学博士学位论文摘