基于铌酸锂光波导非归零码到归零码转换的研究

摘要

非归零码(NRZ)和归零码(RZ)之间的全光调制格式转换，在未来同时使用波分复用系统和光时分复用系统的光网络中将会成为一个重要的接口技术。本文提出了两种基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导级联倍频和差频效应(SHG+DFG)的NRZ-to-RZ转换方案，一种方案中同时实现了波长转换和码型转换；另一种方案使用马赫－曾德尔干涉仪(MZI)结构，得到的RZ信号波长与输入NRZ波长相同。论文对PPLN光波导中的SHG+DFG效应进行了理论分析和实验研究，研究成果主要包括一下几个部分：
　　 (1)在广泛查阅文献的基础上，分析了全光码型转换的意义，并比较分析了码型转换的实现方案和研究现状。
　　 (2)从麦克斯韦方程组和物质方程出发，给出了级联倍频与差频全光码型转换的瞬态耦合波方程；然后介绍了使级联倍频和差频效应有效作用的关键技术——准相位匹配（QPM）技术。
　　 (3)首先从耦合波方程出发，数值模拟了80Gb/s的NRZ-to-RZ码型转换过程；然后分析了波导长度、光功率、相对时延对消光比的影响并对码型转换进行了优化设计；接着分析了转换带宽，模拟计算表明信号光在90nm的3dB带宽内可调谐，进而可以实现多信道的同时转换；最后模拟了40Gb/s、160Gb/s和320Gb/s的码型转换性能，并与80Gb/s时做了比较，通过采取一定的措施，转换得到RZ信号光眼图质量较好。
　　 (4)实验研究了10Gb/s和20Gb/s的NRZ-to-RZ码型转换，并对码型转换结果进行了讨论分析。