摘 要

在现代通信中，光纤通信以其传输频带宽，通信容量大，不易受到外界干扰等优点，渐渐地开始被普遍研究和应用。而全光波长转换技术作为光纤通信里一项至关重要的技术，更是人们研究的热点。能够实现全光波长转换的方法有很多种，而基于四波混频效应的全光波长转换有着高转换速率和能同时转换多种波长等良好性能，被人们认为是一种很有发展前途的波长转换技术。

本文通过对四波混频的理论进行分析探究，其中有四波混频的起源以及四波混频的相位匹配效应，并且对四波混频效率的公式进行推导，可以得到影响四波混频效率的几个参数：光纤衰减系数、光纤的长度和相位匹配因子。在此基础上，利用OptiSystem软件模拟仿真基于非线性光纤的全光波长转换的实验，同时，也有基于掺铒光纤放大器和非线性光纤的全光波长转换实验。通过光谱仪可以看到经过非线性光纤的四波混频转换后的光的频谱图，可以明显地观察到利用四波混频原理的全光波长转换。再通过改变各个参数，来探究得到波长转换效率与各个影响参数的关系，最后能得到当信号光与泵浦光的频率差为0.045 THz，且信号光和泵浦光的功率分别为1 dBm和25 dBm，光纤的衰减系数为0.2 dB/km，有效面积为54 μm²时，可以得到较高的15.4 dB的全光波长转换效率。

本课题通过得出这些参数对于波长转换效率的曲线关系，旨在为基于四波混频效应的全光波长转换技术能够更好的应用于实际光纤通信领域中作出贡献。

关键词：光纤通信；四波混频；全光波长转换；效率

Abstract

In modern communication, optical fiber communication with the advantages of wide transmission bandwidth,large communication capacity, insensitiveness to external interference and so on, has gradually begun to be universal research and application.And all optical wavelength conversion technology is a very important technology in optical fiber communication, and it is a hot research topic.There are many kinds of implement scheme of all-optical wavelength conversion, and wavelength conversion based on four wave mixing (FWM) has a high conversion rate and energy and good performance, is believed to be a promising wavelength conversion technology.

In this paper, through the analysis of the theory of four wave mixing, including the origin of the four wave mixing and the phase matching effect of the four wave mixing, and the formula of the efficiency of four wave mixing is derived, so the main parameters of the four wave mixing efficiency are obtained. They are the phase mismatch factor, the fiber length and the attenuation coefficient of the optical fiber.On the basis of this, all optical wavelength conversion and all-optical wavelength conversion based on nonlinear optical fiber are simulated by using OptiSystem software.On the basis of this, all optical wavelength conversion and all-optical wavelength conversion based on nonlinear optical fiber are simulated by using OptiSystem software.Through the spectrometer, we can see the spectrum of the light after the conversion of four wave mixing in nonlinear optical fiber,and all optical wavelength conversion based on four wave mixing principle can be clearly observed.By changing the parameters, we can explore the relationship between the wavelength conversion efficiency and the various parameters.Finally, we can obtain the result that with the signal light and the pump frequency deviation of 0.045 THz, the signal light and pumping light power of 1 dBm and 25 dBm respectively, fiber attenuation coefficient of 0.2dB /km and the effective area of 54 m^2 ,the all-optical wavelength conversion efficiency can reach 15.4 dB.

This paper obtains the curve relationship between the wavelength conversion efficiency and the optical wavelength conversion based on four wave mixing effect.

Key Words：Optical Fiber Communication; Four Wave Mixing;Wavelength Conversion; Efficiency

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 光纤通信的现状与发展 1

1.2 全光波长转换 2

1.3 论文主要内容 3

第2章 四波混频的理论探究 5

2.1 四波混频的起源 5

2.2 四波混频理论 5

2.3 相位匹配效应 7

2.4 四波混频效率推导 8

2.5 四波混频效率影响因素分析 9

第3章 全光波长转换仿真 10

3.1 OptiSystem软件介绍 10

3.1.1 OptiSystem简介 10

3.1.2 OptiSystem 应用领域 10

3.1.3 OptiSystem 的主要特点 10

3.1.4 OptiSystem 的器件库介绍 11

3.2 基于非线性光纤的全光波长转换 11

3.2.1 实验仿真 11

3.2.2 波长转换效率的影响参数 13

3.2.3 实验小结 16

3.3 基于掺铒光纤放大器和非线性色散光纤的全光波长转换 16

3.3.1 实验仿真 16

3.3.2 波长转换效率的影响参数 17

3.3.3 实验小结 19

第4章 结论 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 光纤通信的现状与发展

光纤通信就是在光波上加载信息，光波通过光纤传输，从而来达到信息传递的目的的一种通信方式。随着光纤技术的发展，光纤通信在工作、生活和学习中的应用已经越来越广泛。光纤通信与传统的通信方式相比较，有许多明显的优势，如传输频带宽，通信容量大，不易受到外界干扰等。光纤通信的产生距今也仅仅只有三十多年的时间，但是其发展速度可以用惊人来形容^[1]。光纤通信已经成为推动世界通信技术发展的一股不可或缺的力量，对通信行业的影响也是极其深刻。

在过去的传统电通信方式中，以电的形式作为信号，经过媒介的传输后，会造成电信号的大量损耗，使得传输后的信号往往达不到预期要求。而光通信技术的出现和发展，尤其是波分复用技术和光纤接入技术的实现，能够很好地解决这些问题。

波分复用技术(WDM)能够在发送端将许多束波长不同的信号光合成一束光，并经过一根单模光纤传输，在接收端将这束光解复用，将各个不同的信号光分开来，从而实现在一根光纤中同时传输多种频率信号的光通信。这几年来，波分复用技术有着惊人的发展速度，其应用范围也是越来越大。1995年以来，为了追求超高容量、超高速率和超长中继距离传输，人们开始更多地研究密集波分复用(DWDM)。密集波分复用通信系统能够有效地增加每根光纤的传输容量，成功解决了通信网的“瓶颈”问题。此外，使用密集波分复用，光传输距离也得到了极大的增加，能从600 km增加到2000 km以上。与此同时，粗波分复用技术(CWDM)能够很好地解决波分复用技术从长途网向城域网拓展的问题。粗波分复用一般以20 nm的长度作为信号间隔，信道传输通过波分复用技术的集体发送和划分，在1260nm-1620nm的波长范围内，即全波长范围内达到波分复用的目的，并且能够使光器件的成本大大降低。传输范围在0-80 km内，能实现最高的性价比，故而在通信行业里得到了广泛的应用^[2]。