摘 要

光波长变换是把光信号从一个波长变换为另一个波长。而全光波长变换是指不经过电域处理，直接把信息从一个光波长变换成另一个指定光波长，可以克服光-电-光波长变换中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。其拥有结构简单、容易集成、容易实现、转换效率高、波长变换范围宽、对偏振不敏感等优点。

论文对基于SOA的交叉增益调制效应的波长变换进行了比较全面的理论分析和仿真模拟。考虑到SOA器件具有的增益特性和噪声特性，主要对波长变换信号的信噪比和消光之间的关系和输出变换后信号光的啁啾特性进行了深入理论分析和仿真模拟。设计了泵浦光和探测光的同向输入和反向输入两种原理模型，研究了输入探测光功率、泵浦光子能量、变换波长范围、SOA有源层长度、SOA有效截面面积等参数对变换输出光的信噪比和消光比关系影响以及这些因素在高斯脉冲和超高斯脉冲下对变换输出光的啁啾特性影响。

研究结果表明：基于SOA交叉增益的全光波长变换技术，可允许的波长变换范围宽，对偏振灵敏要求不高，变换效率较好，易于集成。

本文的特色：选择比较有发展性的研究课题，在已有研究的基础上，进行更加深入的研究，使已有的研究成果得到丰富和发展。利用科学的工具进行仿真模拟，更加直观的、快捷的论证了理论研究的结果。

关键词：全光波长变换；半导体光放大器；交叉增益调制

Abstract

The optical wavelength conversion transforms the optical signal from one wavelength to another. The all-optical wavelength conversion is not through the domain processing, directly from the optical wavelength into another specified wavelength of light, can overcome the optical - electrical - optical wavelength conversion in the electrical device speed bottleneck, low transparency and other deficiencies. It has the advantages of simple structure, easy integration, easy realization, high conversion efficiency, wide wavelength range and insensitive to polarization.

This paper makes a comprehensive theoretical analysis and simulation simulation of the wavelength conversion of the cross-gain modulation effect based on SOA. Considering the gain characteristics and noise characteristics of the SOA device, the relationship between the signal-to-noise ratio and the extinction of the wavelength-converted signal and the chirp characteristic of the output signal are analyzed and simulated. Two kinds of principle models of pump input and reverse input are designed, and the parameters such as input probe power, pump photon energy, transform wavelength range, SOA active layer length, SOA effective cross-sectional area and so on are studied. The influence of the signal-to-noise ratio and extinction ratio of the output light and the chirp characteristics of these transformations under the Gaussian pulse and the super-Gaussian pulse.

The results show that the all - optical wavelength conversion technology based on SOA cross gain has wide permissible wavelength range, less sensitivity to polarization sensitivity, better conversion efficiency and easy integration.

The characteristics of this paper: select the more development of research topics, on the basis of existing research, more in-depth study, so that the existing research results have been rich and development. The use of scientific tools for simulation, more intuitive and quick demonstration of the results of theoretical research.

Key Words：all-optical wavelength conversion；semiconductor optical amplifier；cross-gain modulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 世界全光波长转换现状 1

1.2 我国光通信现状 1

1.3 课题研究背景 2

1.4 论文的主要研究内容和章节安排 3

第2章 全光波长变换器基本原理 4

2.1 基于交叉增益调制的波长变换技术 4

2.2 基于交叉相位调制的波长变换技术 5

2.3 基于四波混频的波长变换技术 6

2.4 本章小结 7

第3章 基于SOA交叉增益调制的全光波长变换技术研究及性能仿真 8

3.1 半导体光放大器模型、结构及基本原理 8

3.2 波长变换的动态特性理论分析及仿真 9

3.2.1 增益特性研究 9

3.2.2 噪声特性研究 10

3.2.3 信噪比与消光比研究 12

3.3 全光波长变换的啁啾特性及仿真 15

3.4 本章小结 20

第4章 总结及展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

光纤通信具有较高的带宽资源、较强的抗干扰能力、较低的传输损耗、很好的保密性等优点。随着通信行业的快速发展，光纤通信正在向着网络化、智能化、超高速、大容量方向发展，成为当下信息传输的主要手段。随着信息需求的不断增长，互联网业务的快速发展导致了核心网络流量的急剧增加。

1.1 世界全光波长转换现状

1966年，高昆和霍克曼提出玻璃纤维可进行光信号传输，打开了通信领域的光纤通信技术大门。从此各类光纤通信技术不断革新，推动了光纤通信领域的飞速变迁。如：美国康宁公司在1970年成功研制出首例石英光纤；英国南安普顿大学在1987年成功研究完成掺饵光纤放大器；美国郎讯公司在1992年研制出可实用化的波分复用系统，随后很快被用于各种商业化。

随着光纤通信的用户需求越来越高，基于数字电子的处理已经很难再有较大突破，进一步提高系统的性能难度较大，可以说电子技术的发展已经无法满足光纤对信息传输需求的增长。而光放大器的研究有望于解决这些问题，实现全光波长变换则意味着高速率。