多功能磁控光纤信号处理器件研究

摘要

多功能集成是降低全光信号处理器件成本的重要手段之一。全光3R再生器就是一个很好的例子，它将再放大、再整形、再定时功能集成在一起。利用光纤非线性效应不但可以实现光控光3R信号处理，还可以利用磁光效应对光纤器件进行磁场控制，提高器件性能和控制灵活性。本文主要内容及创新如下：
　　1.研究了光纤参量放大器（Fiber Optical Parametric Amplifier,FOPA）的噪声特性，涉及的噪声类型包括散粒噪声、被放大的量子噪声、泵浦自发辐射（Amplified Spontaneous Emission, ASE）转移噪声等，工作频带内、外的噪声大小可分别用泵浦光的输入光信噪比（Optical Signal-to-Noise Ratio of the Pump,OSNRp）和等效的信号光输入光信噪比（Optical Signal-to-Noise Ratio of the Signal,OSNRs）来表示。采用光域方法直接测量了FOPA的噪声指数（Noise Figure,NF）。研究表明，噪声指数随着相应光信噪比的增加而减小，当OSNRp和OSNRs分别超过35dB和25dB时，可获得的最小噪声指数约为4.3dB，实验结果与仿真曲线一致。
　　2.分析了泵浦光带内ASE噪声对光纤参量再生器（Fiber Optical Parametric Regenerator,FOPR）性能的影响，当泵浦光OSNR?19.6dB时，光再生性能明显劣化；当泵浦光OSNR?35dB时，泵浦光带内ASE噪声的影响可忽略。针对非对称光脉冲劣化情形，提出了光时钟偏移泵浦再生方案。实验表明，对于Q值为7.13的10Gb/s劣化光信号，再生后Q值可提升到10.16，光接收机灵敏度可提升3.1dB。
　　3.通过光纤环外注入ASE噪声的方法实现了光纤参量震荡器（Fiber Optical Parametric Oscillator,FOPO）的起振，并提取了相位抖动值为0.025UI的10GHz光时钟信号。实验表明，在FOPO光纤环中增加线起偏器，可使输出光时钟信号的偏振度由37.94％提升到99.61%。
　　4.理论分析了全光纤Sagnac结构的磁控机理，并开展了磁光调制实验。实验表明，在177Gs磁场作用下，磁光调制器的调制度可达17.05dB，并具有良好的调制可重复性。在磁光调制基础上，引入泵浦光信号进行了光控光开关实验，在入纤峰值功率为28.2dBm的泵浦光信号控制下，光控光开关的消光比可达25.8dB；进一步施加磁场，可使光控光开关的消光比性能提升0.7dB。
　　5.研制出多功能集成的光纤信号处理器件，通过适当的光路切换，该器件可以实现FOPA、FOPR、FOPO、光纤参量磁光开关(Fiber Optical Parametric Magneto-Optical Switch,FOPS）功能，主要性能指标经过了第三方测试。

目录

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 全光信号处理研究现状

1.4 磁控全光信号处理研究现状

1.5 论文主要内容与创新点

第二章 光纤参量放大特性研究

2.1 引言

2.2 工作原理

2.3 增益特性

2.4 噪声特性

2.5本章小结

第三章 基于光纤四波混频的再生特性研究

3.1 引言

3.2 工作原理

3.3 噪声转移特性

3.4 再生器工作性能

3.5 本章小结

第四章 光纤参量振荡器的时钟提取特性研究

4.1 引言

4.2 工作原理

4.3 基于FOPO的全光时钟提取实验

4.4 磁场对FOPO工作性能的影响

4.5 本章小结

第五章 磁光萨格纳克的调制/开关特性研究

5.1 引言

5.2 磁控光纤Sagnac干涉理论

5.3 磁光调制功能

5.4 非线性光控光开关实验

5.5 多功能磁控光纤信号处理器件研制

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作的相关展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果