增益钳制半导体光放大器在无源光网络中的应用

摘要

无源光网络是公认的“最后一公里”问题的理想解决方案。为了满足用户们不断增长的带宽需求,各种提高接入容量和延伸接入距离的无源光网络架构被提出。本论文针对下一代无源光网络的需求,围绕增益钳制半导体光放大器(GCSOA)开展了全光波长转换和线性光放大的应用研究,具体内容如下:
　　提出一种基于光纤光栅外腔结构的增益钳制波长转换器(GCWC),详细介绍了其结构、工艺和工作原理;建立了基于速率方程的理论模型,对其频率响应、转换波形、消光比和过冲进行了仿真分析和实验研究,讨论了器件的结构参数和工作状态对转换性能的影响,进一步实验研究结果表明了GCWC具有至少10dB的输入功率动态范围。在此基础上,设计了基于GCWC的波分时分混合复用无源光网络(HPON)系统架构,并对其性能进行了测试分析。实验结果表明GCWC能够实现不小于25nm的大波长范围全光波长转换,保证了ONU的无色性,实现对功率差异超过5dB的突发信号的全光功率均衡,并具有对速率和协议透明的特性;证明了HPON系统总体性能达到至少60km的接入距离和256×16的接入用户数。
　　提出了一种基于环形腔结构的增益钳制线性光放大器(GCLOA),详细分析了其组成结构和工作原理;对其频率响应、增益和噪声进行了仿真研究。以此为基础,设计了基于 GCLOA对波分复用的上行信号同时进行放大的架构,并针对其性能进行了仿真分析。仿真结果表明GCLOA带来的灵敏度代价很小,相比普通SOA具有饱和输入输出功率高、通道间串扰小、不会引起误码率底限等特点。

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1 绪论

1.1 无源光网络的发展与演进

1.2 接入距离延伸和扩容的关键技术

1.3 本论文的主要内容和结构安排

2 增益钳制半导体光放大器基础理论研究

2.1 引言

2.2 GCSOA工作原理

2.3 GCSOA数学模型

2.4 GCSOA频率响应特性分析方法

2.5 本章小结

3 基于GCSOA的全光波长转换器特性研究

3.1 引言

3.2 GCWC频率响应特性数值分析

3.3 GCWC转换特性仿真研究

3.4 GCWC转换特性实验研究

3.5 基于GCWC的HPON系统架构设计与性能分析

3.6 本章小结

4 基于GCSOA的线性放大特性研究

4.1 引言

4.2 环形腔GCLOA结构设计

4.3 GCLOA频率响应特性数值分析

4.4 GCLOA增益特性仿真研究

4.5 基于GCLOA的LR-PON系统架构设计与性能分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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