1、近十年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的相繼開(kāi)展對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量提出了更高的要求，通信容量幾乎成指數(shù)增長(zhǎng)。以高速光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)和密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)為核心的全光通信網(wǎng)絡(luò)，已成為國(guó)際上通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，特別是超高速OTDM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超大容量(Tbit/s)通信傳輸速率的首選方案。與DWDM技術(shù)相比，OTDM技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)：首先，由于OTDM中采用單波長(zhǎng)技術(shù)，避免了多個(gè)波長(zhǎng)在光纖中傳輸時(shí)非線性效應(yīng)引起的信道串?dāng)_

2、，對(duì)光源波長(zhǎng)的穩(wěn)定性要求降低，波長(zhǎng)的管理和控制相對(duì)簡(jiǎn)單，這就避免了DWDM技術(shù)的眾多缺點(diǎn)；其次，OTDM技術(shù)能提供按需分配的帶寬服務(wù)(BOD)，實(shí)現(xiàn)不同粒度的靈活的帶寬分配，而DWDM的帶寬分配則是波長(zhǎng)級(jí)別的；第三，采用OTDM技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)分組交換和路由，實(shí)現(xiàn)真正意義上的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，并實(shí)現(xiàn)靈活的組網(wǎng)；最后，因?yàn)镺TDM中采用的是歸零碼(RZ碼)，TDM本身的數(shù)字特性非常適合于全光數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字再生。由于OTDM技術(shù)的以上這些特點(diǎn)，

3、它在中小型城域網(wǎng)、局域網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景：而DWDM技術(shù)，由于其超大容量及超長(zhǎng)距離的傳輸能力使得其在大型城域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)中具有較大優(yōu)勢(shì)。所以，未來(lái)超大容量的光通信網(wǎng)絡(luò)必定是二者的結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文圍繞OTDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)基于SOA干涉儀的全光開(kāi)關(guān)解復(fù)用技術(shù)、基于SOA四波混頻效應(yīng)的全光解復(fù)用技術(shù)以及信號(hào)色散檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要包括以下四個(gè)方面： ⑴基于干涉儀結(jié)構(gòu)的OTDM全光解復(fù)用子系統(tǒng)的核心器件是

4、半導(dǎo)體光放大器(SOA)，對(duì)SOA的研究首先需要選擇合適的基于半經(jīng)典理論的SOA數(shù)學(xué)模型。本文在研究了多種面向脈沖傳輸?shù)腟OA模型基礎(chǔ)上，選定了一種面向皮秒級(jí)光脈沖碼流的SOA系統(tǒng)仿真模型。提出了一組層級(jí)遞進(jìn)、逐步優(yōu)化的仿真方案，該組仿真方案為研究基于SOA材料色散、增益色散和二、三階非線性效應(yīng)的光信號(hào)處理提供了理論基礎(chǔ)，也為本文第三章和第四章的研究工作提供了仿真工具。 ⑵合理地選擇和設(shè)定全光開(kāi)關(guān)的性能參量是評(píng)價(jià)全光開(kāi)關(guān)在OTD

5、M解復(fù)用子系統(tǒng)中解復(fù)用性能的首要任務(wù)，本文選擇全光開(kāi)關(guān)中SOA平均線寬增強(qiáng)因子和器件有效線寬增強(qiáng)因子分析了基于SOA相位調(diào)制效應(yīng)的干涉儀全光開(kāi)關(guān)的性能。平均線寬增強(qiáng)因子是SOA的本征物理屬性，它不隨輸入信號(hào)的改變而改變，而器件有效線寬增強(qiáng)因子則是系統(tǒng)相關(guān)的，它決定了脈沖的相位變化和增益變化的關(guān)聯(lián)度，是研究基于SOA相位調(diào)制效應(yīng)的光信號(hào)處理問(wèn)題的基礎(chǔ)。本文進(jìn)一步設(shè)定了增強(qiáng)型積分對(duì)比率(EICR)以便分析光開(kāi)關(guān)的整體積分特性和局部起伏特性，

6、還設(shè)定了關(guān)聯(lián)積分對(duì)比率(CICR)以便分析光開(kāi)關(guān)上下路信號(hào)的分離隔離度，在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了基于超高速非線性干涉儀(UNI)光開(kāi)關(guān)的三種時(shí)鐘/信號(hào)波長(zhǎng)配置的仿真研究，它們是：近波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)、同頻光開(kāi)關(guān)和遠(yuǎn)波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)，其中著重給出了詳細(xì)的基于雙波耦合波模型的近波長(zhǎng)增益透明光開(kāi)關(guān)研究結(jié)果。這里使用的SOA數(shù)學(xué)模型是J.M.Tang和K.A.Shore構(gòu)建的寬帶大信號(hào)模型。在同頻光開(kāi)關(guān)和遠(yuǎn)波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)中使用的SOA數(shù)學(xué)模型是M.Y.Hong等人

7、構(gòu)建的SOA寬帶大信號(hào)模型。利用在本文第一章提出的仿真方案，我們具體分析了時(shí)鐘脈沖能量、時(shí)鐘脈沖脈寬、偏置時(shí)間、SOA腔長(zhǎng)對(duì)窗口包絡(luò)的影響。研究結(jié)果表明，近波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)在增益透明配置條件下相位變化和增益起伏的關(guān)聯(lián)度較低，其xICR指標(biāo)最好。在對(duì)近波長(zhǎng)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真研究時(shí)，本文還分析了大相移、長(zhǎng)時(shí)間偏置條件下全光開(kāi)關(guān)窗口雙峰效應(yīng)的成因，并揭示了由帶間載流子密度起伏(CDP)導(dǎo)致的光開(kāi)關(guān)模式效應(yīng)。 ⑶對(duì)于基于頻移型光開(kāi)關(guān)的OTDM解復(fù)

8、用技術(shù)，本文借用A.Mecozzi和J.Mork構(gòu)建的分離擾動(dòng)模型進(jìn)行了面向高速OTDM大帶寬、高能量的FWM仿真研究。該模型明顯的理論意義在于能夠給出抽運(yùn)光和共軛波的獨(dú)立表達(dá)項(xiàng)，這就使準(zhǔn)確地計(jì)算SOA波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率成為可能，也為濾波器的帶寬設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。研究表明，不論是對(duì)單脈沖還是脈沖碼流，F(xiàn)WM轉(zhuǎn)換效率對(duì)抽運(yùn)光脈寬都是很不敏感的，但是在單脈沖條件下，開(kāi)關(guān)比(On-Off ratio)對(duì)抽運(yùn)光脈寬非常敏感，雖然在脈沖碼流條件

9、下，其敏感度有所降低，但同時(shí)其開(kāi)關(guān)比也會(huì)有大幅下降。另外，本文修正了N.K.Das對(duì)于模式效應(yīng)的定義，引入了輸出信號(hào)碼流的能量起伏以及共軛波碼流的能量起伏兩個(gè)參量。研究表明，當(dāng)把全光開(kāi)關(guān)應(yīng)用于OTDM系統(tǒng)解復(fù)用系統(tǒng)時(shí)，設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間余量是必要的，這樣就可以避免因開(kāi)關(guān)窗口幅度起伏造成的解復(fù)用信號(hào)強(qiáng)度起伏。 ⑷高速信號(hào)具有很小的色散窗口，面向傳統(tǒng)的低速光纖鏈路的色散圖譜配置已經(jīng)不能滿足高速信號(hào)的色散容限要求。本文從信號(hào)色散的時(shí)域