基于光纤光参量放大的异步双波长全光再生技术研究

本文提出了一种新型的多波长全光再生方案,利用相位时钟光纤光参量放大,并采用相邻信道偏振正交的方法,实现对由异步信源产生的双波长信号全光再生.理论分析了参量放大中的增益饱和现象用于幅度噪声抑制,以及利用相位时钟及后续色散实现对信号定时的机理.在这个基础上,对两个独立信源产生的异步双波长10Gbit/s信号进行再生实验,实验表明该方案有效的抑制了基于多波长3R再生系统中信道间的四波混频与交叉相位调制等非线性干扰.系统在单波长和双波长情况下分别将两路信号信噪比改善了至少6.5dB与4.5dB.误码率测试结果说明,与背对背测试结果相比,无论是在单波长还是双波长条件下,两路波长的信号经过再生后都实现了约2dB的接收机功率代价的改善.     

40 Gb/s信号的全光3R再生

研制出以注入锁模光纤激光器进行时钟恢复、电吸收调制器（EAM）作光判决门进行信号再整形的新型全光3R再生器,成功地运行于40Gb／s。理论和实验证明锁模环形激光器腔内放置的可调谐光滤波器的透射谱形状对时钟的脉宽有显著影响,超高斯透射谱的光滤波器利于获得窄时钟光脉冲,腔内放置这样的滤波器使恢复的时钟光脉冲谱宽达0．44nm、脉宽6ps、时间抖动小于1ps。最佳选择用作光判决的开关门的参量,改善了开关门的传输函数,使其接近阶跃函数,并使得开关窗宽度达到最佳。对于被剩余色散恶化的40Gb／s归零码信号进行了3R再牛,再生后达到了无误码。     

信号光的调制对基于光纤光参量放大光脉冲源的改善

在理论上从四波混频的强度耦合方程出发,给出了基于光纤光参量放大(FOPA)光脉冲的光场表达式,并进一步分析了信号光被相位调制或强度调制后,光脉冲的频率啁啾和强度演化.结论指出：若信号光被强度调制,对所生成脉冲宽度无明显的影响,但可以提高消光比;若信号光被相位调制,所生成的脉冲具有更大的线性正啁啾,可以在相同的抽运功率条件下得到比无相位调制时更窄的脉冲.实验上给出了10 GHz工作速率下的结果,其结果与理论分析符合得很好.通过信号光的相位调制,在05 W平均抽运功率条件下得到了消光比22 dB,脉宽为5 关键词： 光纤参量放大 四波混频 光脉冲源 频率啁啾     

40 Gb/s信号全光3R再生实验

提出一种新型40 Gb/s全光3R再生器方案。采用高精细度法布里-珀罗滤波器进行时钟提取。时钟提取前,通过高稳定光源对输入信号光波长变换实现信号光波长和法布里-珀罗滤波器梳状窗口对准;时钟提取后,接半导体光放大器(SOA)进一步消除时钟信号噪声。全光判决中,采用双半导体光放大器串联增大非线性性能,提高了判决门的响应速度。判决输出接窄带滤波器去除脉冲啁啾拖尾,减小码型效应。实验中,恶化40 Gb/s光脉冲信号通过全光3R再生器可以得到再生脉冲。输入恶化信号时间抖动大于5 ps,脉冲宽度大于16 ps,再生得到的信号时间抖动小于1.5 ps。再生信号相对于输入信噪比改善14 dB。连续稳定工作记录大于15 h。通过实验验证,这种全光3R再生器方案成功地实现了40 Gb/s信号的再生。     

光纤参量放大增益谱边带快慢光特性研究

针对窄带光纤参量放大(FOPA),区别于以往增益谱的大增益斜率区域,研究了FOPA增益谱边带脉冲信号的快慢光特性.首先从理论上推导出了小信号增益条件下信号延时量的解析表达式;其次,在低抽运功率条件下(1 W),实验研究了10 Gb/s伪随机二进制序列脉冲信号在FOPA增益谱边带的延时特性,实验结果与理论计算基本符合;最后,通过分析研究抽运光功率、光纤色散及非线性系数等参数对信号延时量的影响规律,可以为FOPA增益谱边带的快慢光延迟线的设计提供参考.     

光纤参量放大饱和增益特性研究

通过数值分析的方法推导出光纤参量放大饱和信号增益和信号输出功率的数学表达式.计算分三步, 首先数值求解描述参量放大过程的非线性耦合方程得出一系列数值, 然后用控制变量法找到饱和信号增益的函数形式, 最后用最小二乘法拟合出系数（与数字积分结果比较, 最大相对误差不超过0.46‰）.同样也得出了饱和信号输出功率的表达式.计算结果与已有实验结果相吻合.     

10 Gb/s全光3R再生的研究

报道了对10Gb／s恶化数据信号的全光3R(再放大、再定时、再整形)再生的实验研究。针对利用基于半导体光放大器的注入锁模环形激光器进行时钟恢复时的码型效应问题,提出了利用梳状滤波器对信号进行预处理。利用这个技术极大的减小了由于码型效应造成的时钟信号的幅度和时间抖动,从恶化的数据信号中恢复出无码型效应的高质量光时钟脉冲。信号整形的关键是光判决门,性能良好的判决门可以进一步提高信号的消光比、减小抖动。研究了基于电吸收调制器的信号再整形。利用上述器件构成的3R再生器,实现了10Gb／s恶化信号的全光3R再生。     

基于光参量放大的高速实时光取样技术

提出了一种基于光参量放大的高速实时光取样方案. 利用色散介质对光纤锁模激光器产生的窄脉冲源进行色散展宽,从而产生线性啁啾光信号. 将该信号和被取样信号同时送入高非线性光纤,利用高非线性光纤中的参量放大效应,将被取样信号的强度信息调制到线性啁啾光信号上. 在接收端利用不同中心波长的滤波器即可滤出不同时间点的取样信号,从而在光域同时完成了高速实时光取样和取样信号的串-并转换. 是实现高速实时取样技术的一种极具竞争力的实现方案. 实验中,实现了对10 Gb/s非归零码OOK信号的40 GS/s的高速实时取样系统,并转换为4路10 GS/s取样信号输出. 在接收端成功根据4路取样信号恢复出被取样信号波形,验证了该实时光取样方案的可行性. 关键词： 光信号处理 光取样 参量放大 高非线性光纤     

双抽运光纤光参变放大的全光多波长变换与码型转换

利用强度调制的数据信号光作为一路抽运光,与另一路直流或者正弦强度调制抽运光组合可以在双抽运光纤光参变放大过程中实现全光多波长变换或者在全光多波长变换的同时实现码型转换.理论上,从信号增益的角度分析了波长转换与码型转换的原理.实验上演示了2.5Gb/s的非归零(NRZ)码信号的全光多波长转换与到归零(RZ)码信号的转换.多波长转换实验表明:双抽运条件下的光参变过程可以实现多波长转换并得到正、反码的输出,还同时对信号有一定的再生作用.码型转换后信号的占空比为30%,消光比也得到提高.     

利用SOA中FWM效应以及高非线性光纤中SPM实现40Gb／s信号的全光3R再生(英文)

通过半导体光放大器中的四波混频效应实现了全光3R再生方案中的波长转换,利用光脉冲在高非线性光纤中的自相位调制来获得40Gb/s全光3R再生信号,并使用Optisystem对其进行了仿真实验.结果表明,3R再生信号的质量得到了很好的提高.     

啁啾脉冲参量放大特性的数值模拟研究

根据啁啾脉冲激光参量放大技术,数值模拟了光参量放大在啁啾脉冲放大中的应用。研究啁啾脉冲参量放大增益及时间特性,特别是在大信号注入与小信号注入两种有代表意义的情况下,详细地分析了群速度失配、相位失配对放大过程的影响。研究了泵浦光脉冲与信号光脉冲的时间同步要求,讨论了放大系统的稳定性。     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

具有腔内光放大的单共振光参量振荡器

推导了描述稳态运行，具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)中，适当地选择光放大器的参数，可以很大程度地降低单共振光参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似下无二阶非线性交叉耦合作用的具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器的工作范围分成四个工作区域，且存在最小的单共振光参量振荡器的抽运阈值.文中的分析考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面抽运特性，考虑了一般化单共振光参量振荡器的特性. 关键词： 单共振光参量振荡器 光放大 阈值     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

基于准相位匹配晶体的宽带可调谐光参量放大过程研究

系统分析了基于准相位匹配晶体的光参量放大过程中极化周期和非共线结构对信号光调谐带宽的影响.提出了最大极化周期的概念,用于描述非共线相位匹配和群速度匹配同时满足时晶体的极化周期所能达到的最大值,给出了用于计算不同温度下周期极化铌酸锂晶体的最大极化周期的数学公式,并确定了宽带可调谐光参量放大过程应使用的最佳非共线结构.当采用此非共线结构时,通过将晶体的极化周期设定为最大极化周期可以在相对最大的波长范围内实现信号光的调谐放大输出.在此基础上提出了一个用于最大化光参量放大过程的信号光调谐带宽、确定工作温度等最佳工作参数以及简化实验操作方法的可行性方案.最后对最大极化周期和非共线结构对光参量放大的参量带宽的影响进行了研究. 关键词： 光参量放大 极化周期 非共线结构 带宽     

色散效应对光学参量放大器量子起伏特性的影响

解析求解了包含色散、损耗和抽运吃空的含时的Fokker-Planck方程,通过数值计算首先获得了色散时简并参量放大(DOPA)系统的光压缩特性.研究结果表明：色散效应是由非线性极化率从χ″增大到χ″/{1+σ²/}/+2而引起的.随着色散效应的逐渐增大,压缩曲线的形状基本相同,且整体向左收缩,最大压缩趋近于线性理论的结果1/(1+μ).还获得了色散时非简并参量放大(NOPA)系统的光纠缠特性.研究发现：当σ给定,随着抽运参数μ的增大,相应的相位变化也增大,非线性极化率的极性发生多次变化,极性为正阶段的增益大部分被极性为负阶段的衰减所抵消,净增益不大,压缩也不大,最小均方差V₁的值逐渐减小,且整体向右移动,接近于线性理论的结果1/(1+μ).     

基于拉曼组合放大的长距离光纤传输系统

本文改进了一种实现长距离自适应补偿光纤传输的方法.在利用光纤光栅形成的谐振腔产生激光对信号光进行拉曼放大的基础上,再利用双抽运光对信号光进行拉曼放大,从而获得更高的拉曼增益以实现更长距离的自适应补偿光纤传输.使实验自适应补偿传输距离达125km(为目前国际上已报道的最长自适应补偿光纤传输距离).实验测量并理论分析了该长距离光纤传输系统的开关增益、放大的自发辐射噪声、噪声指数和光功率分布的特性,实验结果与理论模型符合很好.