基于受激布里渊效应光速可控特性的理论研究

摘要

光交换/光路由是全光网络中的关键光节点技术，它主要用来实现光节点处的任意光纤端口之间光信号的切换和选路，其中所完成的关键任务就是波长变换。在这种技术的实现过程中，其本质上是对光的波长进行操作，因此光交换/光路由也称之为波长交换/波长路由。全光网络中的许多优点如带宽优势、透明传输、较低的接口成本等都是通过该技术实现的，更重要的是，由于光交换／光路由能够很好的保持信号的光频域特性，从而突破了电子网络一直以来速率瓶颈的限制。然而，在缺少光学缓存处理的光交换技术中，当大量数据包同时被路由时，将会导致数据包出现一定比例的错误路由或丢失，从而使得路由器的响应时间增大，信息的误码率上升。因此，人们迫切希望能够通过控制光脉冲的传播速度来实现信号的缓存。本文主要研究基于光纤受激布里渊散射（SBS）的可控时延慢光，具体研究工作如下：
　　首先，论文解释了光纤受激布里渊散射的物理机理，并且详细阐述了受激布里渊散射过程中的两个主要特征对象，包括阈值和增益谱。通过Kramers-Kronig色散关系，分析了受激布里渊散射效应在增益谱附近对群折射率的影响。此外，在对耦合模方程解析求解的研究中，论文考虑了信号光与泵浦光之间的非线性相位调制影响，以及考虑了由受激布里渊散射诱导的三阶色散系数对信号脉冲时延的影响。修改了信号脉冲在光纤中传输的时延表达式。
　　其次，通过对比分析几种常见的耦合模方程数值求解方法，在本文中引入一种改进的算法来对双向耦合模方程进行数值求解。利用这种算法，论文研究了信号脉冲的时延特性。研究结果表明，在信号光达到增益饱和之前，时延线性增加，其结果与理论值能够很好的吻合；在信号光达到增益饱和后，其结果与理论值相偏离，时延逐渐减小。此外，论文中推导了信号脉冲的展宽因子，分析了在不同输入信号脉冲宽度时的展宽现象，以及给出了高效地通过增加布里渊增益谱带宽的方法来降低展宽因子时的建议。
　　最后，基于布里渊增益频谱的可重构特性，论文构造了一种将两个布里渊本征衰减谱叠加在本征增益谱两翼的频谱模型，通过这种基于重构的布里渊增益频谱，论文分析了信号脉冲的时延与展宽特性，包括布里渊增益、衰减频谱在相同和不同峰值功率两种情况。同时，论文还研究了影响信号脉冲时延和展宽的内在因素，进一步分析了增加时延和减小脉冲展宽的方法，以及证明了信号脉冲宽度的展宽和压缩与归一化频移大小有关。

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第1章 绪论

1.1 全光通信网的发展历史及意义

1.2 全光通信网中的关键技术

1.3 慢光的研究意义及现状

1.4 论文的主要研究内容和结构安排

第2章 光纤中受激布里渊散射慢光理论分析

2.1 受激布里渊散射机理

2.2 基于受激布里渊散射的慢光原理

2.3 本章小结

第3章 光信号在受激布里渊散射过程中的传输特性

3.1 小信号理论模型

3.2 常见的耦合模方程组数值求解方法

3.3 信号脉冲时延特性的研究

3.4受激布里渊散射对脉冲展宽的影响

3.5本章小结

第4章 基于重构布里渊增益、衰减谱的慢光理论研究

4.1可重构的布里渊增益谱

4.2重构的布里渊增益谱对信号脉冲时延的影响

4.3重构的布里渊增益谱对信号脉冲展宽的影响

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目