基于级联半导体光放大器中交叉增益调制效应的新型全光逻辑与门

提出一种基于级联半导体光放大器(SOA)中的交叉增益调制(XGM)效应实现的全光逻辑与门新方案。该方案采用单端耦合半导体光放大器提高第一级半导体光放大器输出的消光比，合理控制第二级半导体光放大器的输入光功率，实现了两路2．5Gbit／s非归零(NRZ)信号的逻辑与运算。详细阐明了基于级联半导体光放大器的与门的工作原理和实验方案，分析了实验结果。根据实验结果，发现第一级半导体光放大器输出信号的消光比和信噪比对逻辑与运算结果影响较大，利用单端耦合半导体光放大器后能改善逻辑与运算结果，第二级半导体光放大器的输入抽运光功率对逻辑与运算输出的信号质量有较大的影响。合理控制这些因素，可以有效地提高该逻辑与门的输出特性。     

基于光纤SPM效应级联全光再生器的设计优化

基于高非线性光纤SPM(自相位调制)效应加偏移滤波的全光再生技术,分析了级联再生器在输入脉冲宽度、光纤参数和滤波器带宽一定的情况下,输入信号功率和滤波器偏移量对输入信号幅度抖动和Q值的影响.数值仿真结果表明:优化后的输入信号功率和滤波器偏移量使得级联再生后的信号幅度抖动和寄生脉冲都得到了抑制.第2级再生后的Q值改善值比...     

超高速全光信息处理

P比特级光交换网络的发展,要求网络在传输、复用和交换方式上具有灵活性、多样性和高效性,因此基于超高速全光信息处理的网络功能存在较大价值。利用不同光子材料非线性效应(SPM\XPM\FWM等)已成功实现了组播、码型变换、逻辑门等不同的全光信息处理单元技术,其中高非线性光纤以其易与现有光纤网络相融合和成本相对较低等特点而具有较大潜力。在总结光信息处理的相关研究进展的基础上,文章重点介绍了偏振复用(PDM)系统中的高速全光信息处理技术,包括基于自相位调制效应(SPM)的全光再生和基于交叉相位调制效应(XPM)的波长转换实现。     

多级级联二阶非线性效应全光开关特性研究

研究了多级级联二阶非线性耦合方程组中各耦合常数之间的关系,在此基础上给出了多级级联二阶非线性耦合方程的解析解。该方法实现了基频波对三次谐波全开全关的控制,讨论了各个参数对信号光功率的影响。     

基于非线性放大环镜的全光开关特性研究

采用掺铒光纤放大器(EDFA)和高非线性色散位移光纤(HNL—DSF)组成非线性放大环镜(NALM)，利用掺铒光纤放大器的高增益系数和高非线性色散位移光纤的光学克尔效应构造全光开关，实现脉冲整形和消除干扰噪声。采用分布傅里叶法分析了高非线性色散位移光纤的群速度色散(GVD)对非线性放大环镜开关特性的影响，讨论了掺铒光纤放大器的增益系数、增益饱和特性以及耦合器的耦合比等因素的影响，研究了入射光为高斯脉冲的情况下，非线性放大环镜与入射光信号强度相关的放大滤波特性。通过优化非线性放大环镜的各项参数，可以在实现高开关效率的同时，降低对开关功率的要求，对峰值功率低于1mW的超短脉冲进行Tbit／s量级的开关操作，从而适用于超高速大容量光通信系统中。     

三种基于EDFA的全光逻辑门及其应用

利用掺铒光纤放大器的增益缓变吸收和放大光脉冲信号的特性,结合光纤耦合器和萨格纳克干涉仪,提出了三种的不同结构的全光逻辑门,并分析了此三种全光逻辑门的优缺点和各自的用途。     

基于级联半导体光放大器实现全光逻辑与门的改进方案

基于级联半导体光放大器(SOA)实现全光逻辑与门的方案中,第一级输出信号质量直接影响逻辑与运算结果.采用载流子恢复较慢的体材料半导体光放大器用于第一级转换,在10 Gbit/s以上得不到理想的转换结果,限制了该方案实现逻辑与门的速率.利用光纤延时干涉仪(DI)和第一级半导体光放大器级联可以改善第一级输出信号质量,从而有效提高第二级全光逻辑与门的实现速率.阐述了改进方案中延时干涉仪的作用,并进行了数值模拟.根据实验结果,采用载流子恢复较慢的半导体光放大器级联延时干涉仪能够实现高速归零(RZ)信号和非归零(NRZ)信号的反码,从而得到较高速率的全光逻辑与门.实验实现了20 Gbit/s的伪随机归零和非归零信号的全光逻辑与门,对40 Gbit/s的结果进行了分析和讨论.     

相位编码全光AND逻辑门的研究

基于SOA-MZI波长变换器实现OOK格式信号的相位编码,同时利用半导体光放大器的简并四波混频效应提出了相位编码逻辑与门的实现方案。利用半导体光放大器的分段模型对提出的方案进行了仿真验证,结果表明提出的方案能够实现相位编码信号的全光逻辑与操作。     

基于高双折射光子晶体光纤的Sagnac环级联滤波器

为了获得对温度变化不敏感和信道隔离度好的光滤波器,提出了一种基于高双折射光子晶体光纤的Sagnac环级联滤波器。运用Jones矩阵理论对二阶级联Sagnac环滤波器进行了理论分析和数值仿真,可得级联滤波器中两段高双折射光子晶体光纤长度之比为2:1时,透射谱的半峰全宽为0.4 nm,仅为单个Sagnac环滤波器的1/3,有效提高了滤波器的信道隔离度。结果表明,该级联滤波器有着良好的滤波效果,且对温度变化不敏感,可应用于50 GHz的密集波分复用系统。     

基于MZI结构和级联SOA的宽相位容限全光异或门

传统使用半导体光放大器(SOA)中交叉相位调制( XPM)效应构成全光逻辑异或(XOR)门的方案,由 于受到单个SOA中XPM效应自身原理的限制,需要精确的相位控制。本文提出了一种基于马赫 -增德尔干 涉仪(MZI)和级联SOA中XPM效应实现全光逻辑异或门的新方案。本文方案使用对称的MZI结构 ,在两臂 上分别放置两个级联的SOA,通过对时钟光的相位调制,达到对两级输入信号光进行XOR运算 的目的。在 40Gbit/s下的仿真结果表明,本方案易于调节,只需要两束输入信 号光以相反比例分光,即可对其进行异或 逻辑运算,在放宽了分光比取值范围的同时,也降低了对XPM效应中相位控制的要求,实现 了宽相位容 限的全光逻辑XOR门。研究了时钟光功率和输入信号分光比对逻辑运算结果的影响,发 现输入信号分 光比的不同步变化对输出信号质量的影响较为明显。对提高方案速率的方法进行了讨 论。     

High-speed, all-optical XOR gates using semiconductor optical amplifiers in ultrafast nonlinear interferometers

We will review three recently-proposed high-speed, all-optical Exclusive OR (XOR) gates operating at 40 and 85?Gb/s, which were demonstrated using ultrafast nonlinear interferometers (UNIs) incorporating semiconductor optical amplifiers (SOAs). The first 40-Gb/s XOR gate was obtained using a dual UNI configuration. The second is a 40-Gb/s XOR gate without additional probe beam required, where the only inputs launched into the setup were data A and B. The XOR logic of data A and B is the sum of two components (A)B and(A)B , each of which was obtained from the output of UNI via cross-phase modulation (XPM) in SOAs. Furthermore, an 85-Gb/s XOR gate is, by far, the fastest XOR gate realized by SOAs, which was also demonstrated using a dual UNI structure. The operating speed of the XOR gate was enhanced by incorporating the recently proposed turbo-switch configuration. In addition, the SOA switching pulse energies of these XOR gates were lower than 100 fJ.     

基于PPLN波导的全光译码器的设计与研究

随着互联网的发展,网络数据流量极速增长,全光网(AON)概念的提出有利于解决可用带宽受限、信号传输速率较低等问题。其中,全光逻辑信号处理为AON的重要组成部分。根据周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的二阶非线性效应原理,将产生的输出信号连续送入不同的PPLN波导进行叠加处理,设计出全光2线-4线译码器的波导级联结构,通过数值计算仿真得到了波形图和眼图,分析了全光2线-4线译码器输出信号的半高全宽(FWHM)、峰值功率、延迟时间和消光比。仿真结果表明:采用PPLN波导级联的方式实现了2线-4线译码器在光域中的逻辑功能,同时保证了光信号的传输质量,为PPLN波导的全光信号处理提供了新的器件类型。     

Novel ultrafast all-optical XOR scheme based on Sagnac interferometric structure

A novel scheme of all-optical XOR is proposed based on Sagnac interferometric structure. Using a semiconductor optical amplifier (SOA) as nonlinear medium, the operations of this scheme with 80 Gb/s return to zero pseudorandom bit sequence are simulated correctly with fairly high performance. Through numerical analysis, and by comparison of the performances between 40 and 80 Gb/s operation, parameters of the SOA and the signals are discussed, and this scheme is proved to exceed the speed limitation imposed by carrier lifetime of the SOA. This scheme is potentially capable of XOR operation speed to >100 Gb/s.     

基于SOA-XGM效应的双逻辑门叠加结构研究

为了提高光传输系统数据信息的机密性与安全性,开展了光传输系统物理层全光加/解密技术的理论分析,设计了全光AB逻辑实验方案,通过结构相同的两全光AB逻辑门输出信号的耦合,实验实现了对速率为10Gb/s的明文光信号的全光加密。     

基于分裂超连续光谱的全光量化方案研究

全光模数转换是全光通信中很重要的一个环节,它利用光子学的高带宽、高精度,可以用来实现高采样速率、高比特精度的模数转换.全光量化是其中的一个核心步骤,决定了转换的速度和精度.提出了一种基于分裂超连续光谱的全光量化方案,并通过仿真软件设计光路对该方案进行了仿真.结果表明,该方案是行之有效的.     

基于非线性极化旋转技术的640G全光解复用

考虑超快载流子动态特性,文章通过仿真详细分析了基于半导体光放大器的非线性极化旋转效应实现640Gb/s到80Gb/s的解复用方案.结果表明:开关窗口的上升沿随时钟脉冲能量的变化不是很明显,而FWHM和下降沿则随时钟脉冲能量的增加而增加.此外,在相同条件下,当输入的时钟信号为TE模式时,输出的解复用信号具有最高的信道压制比.     

高速光时分复用系统的全光解复用技术

作为高速光信号处理应用的一个分支,全光解复用技术涉及到半导体非线性光学多方面的问题,是实现高速光时分复用（OTDM）系统的关键技术之一。文章对现有的OTDM系统的全光解复用技术进行了综述,较为详细地描述了两类主流技术的工作原理,对两者的优缺点做了剖析,介绍了潜在的基于更高速全光开关的解复用新技术,并探讨了全光解复用技术的演进思路。     

基于非线性光纤环镜的全光波长变换器性能分析

非线性光纤环镜是一种很有前途的全光波长变换装置。介绍了利用光束传输法（ＢＰＭ） 对耦合非线性薛定谔方程组进行数值解析,详细讨论了对变换信号质量起作用的因素,包括泵浦光脉冲与信号光脉冲之间的走离和初始时延、光纤长度、向长波长变换和向短波长变换等。结果表明,适当的初始时延可以补偿走离的影响,适当增加光纤长度可以改善脉冲波形。     

Effects of crosstalk and timing jitter on all-optical time-divisiondemultiplexing using a nonlinear fiber Sagnac interferometer switch

All-optical time-division demultiplexing using a nonlinear fiber Sagnac interferometer switch (NSIS) is studied with respect to the two main causes that degrade the bit-error-rate (BER) performance: crosstalk and timing jitter. It is shown that unwanted cross-phase-modulation in the reference signal which counter-propagates to the control pulse, as well as the poor extinction of the switch itself, seriously degrades the extinction ratio of the switch, thus increasing the crosstalk from other channels. Numerical calculations clarify the effect of the switching window width, window shape, and the multiplexed channel number on the power penalty in terms of BER performance. Timing jitter between the signal and control pulses is investigated as another degradation factor that causes an error floor in BER performance. It is found that the minimum BER is obtained when the window width is set to the time slot width and the rms value of the jitter must be less than 1/14.1 times the time slot width to ensure that BER<10^-12. To confirm this analysis, precise measurements of BER performance with NSIS-based demultiplexing are performed using amplified gain-switched laser diode pulses, as the relative timing jitter, switching window width, and multiplexed channel number are varied. Good agreement with the analysis is shown. Finally, optimum system design based on a small power penalty and low error floor is described. It is shown that the NSIS has the potential of demultiplexing a 160-Gb/s or 320-Gb/s optical data stream into its 40-Gb/s constituents with only a 4-dB or 7-dB power penalty