基于硅光子波导器件的光通信调制格式转换的研究

摘要

随着光通信技术的不断发展,不同类型的光网络不断出现,而与其对应的最佳光调制格式也在改变着。当信号要在不同网络间传输时,需要在网络之间的交换节点对信号进行光调制格式转换。非归零码(NRZ)和归零码(RZ)是光通信系统中最常见的两种光调制格式。因此NRZ和RZ之间的光调制格式转换将成为未来光网络的一项重要技术。
　　 目前国内外实现上述调制格式的转换主要是基于非线性光纤和半导体光放大器(SOA)的非线性效应,这些调制格式转换器能直接在光域上实现格式转换操作,无需经过光-电-光的转换过程。基于非线性光纤构成的调制格式转换速度快、效率高,但是光纤的非线性性能较低,需要较长的光纤来达到所需的非线性量值；半导体光放大器的非线性性能高,但是作为有源器件它对输入光功率限制比较大,因此本课题采用硅光子波导器件(如硅光波导、硅微环器件等)来实现光通信中调制格式的转换,从而实现金光网络化和集成化。
　　 硅光子波导器件具有显著的非线性效应,且满足薛定谔方程。利用Matlab实现硅光子波导器件的建模,在验证模型的正确性之后,通过OptSim光通信系统软件搭建基于该器件的光调制格式转换系统。当泵浦光和探测光耦合进入硅光子波导器件,会产生自相位调制(SPM),交叉相位调制(XPM),四波混频(FWM)等非线性效应,进而引起两束输入光频谱的变化。通过合理地设置光学带通滤波器(OBPF)的中心频率和带宽,可以实现从NRZ到RZ的光调制格式转换。此外,硅光波导中双光子吸收(TPA)和自由载流子吸收(FCA)不仅会使信号衰减,而且会引起光谱畸变,TPA会引起光谱变窄,FCA会引起光谱蓝移,因此在调制格式转换的研究中TPA和FCA不能忽略。研究结果表明,RZ信号的脉宽可以通过不同的方法实现脉宽可调；光学带通滤波器的带宽和失谐量,以及泵浦光的峰值功率和脉宽都可以改变系统的转化效率和RZ信号的质量。