论文题目：基于SOA级联滤波器的全光信号处理研究
摘要：全光信号处理能避免光-电-光转换,具有大带宽、低功耗、便于集成的优点,有望在高速大容量光通信网络节点的信息处理与交换中发挥重要作用。研究适应多波长通信网络的多信道全光信号处理集成芯片对推动全光信号处理技术在光通信网络中的具体应用至关重要。半导体光放大器（SOA）由于具有高非线性效应、低功耗、高输出效率、小体积、易于集成等优势,被广泛应用于全光信号处理技术中。在国家973计划、国家杰出青年基金等课题的资助下,本文主要研究基于SOA级联滤波器方案的全光信号处理,旨在发展用作多信道全光信号处理的单片集成芯片。概括本文的研究成果和贡献,主要有如下几个方面:（1）创新性提出了SOA级联新型Fano滤波器的方案,改善了基于SOA级联滤波器方案的全光波长转换性能。在基于SOA级联高斯滤波器实现40 Gbit/s的全光波长转换的基础上,创新性提出了SOA级联新型Fano滤波器的方案,利用Fano滤波器的陡峭传输谱线型,在蓝移失谐下滤出频率啁啾信息的同时很好地抑制了载波的功率输出,从模拟仿真与实验两方面验证了该方案相比原先的SOA级联高斯滤波器方案在实现波长转换时,转换后的输出信号质量具有明显的改善。实验中,在40 Gbit/s的速率下,转换后信号的最佳Q值由5.7提升到6.9。（2）研制了一款可用于多信道全光信号处理的SOA级联滤波器的单片集成芯片。研究了片上集成器件的设计原理与方法,并完成了片上SOA、MMI（多模干涉仪）、DI（延时干涉仪）滤波器以及AWG（阵列波导光栅）滤波器的设计。对芯片制作工艺进行摸索,完成光刻工艺、刻蚀工艺、电极制作等工艺参数的摸索与标定。开发的这些In P基芯片制作工艺,为In P基单片集成芯片的制作奠定了工艺基础。最终实现了用于多信道全光信号处理的单片集成芯片的制作,芯片上包含用于非线性产生的长SOA、用于后续信号放大的短SOA、1×2 MMI、2×2 MMI、相移器、DI滤波器、AWG滤波器等共计9个功能性器件,以及用于耦合和传输的无源波导。搭建了针对该单片集成芯片的测试平台,对片上SOA、片上滤波器等器件的性能进行测试。测试结果显示SOA的增益特性、伏安特性良好,DI的消光比大于17 d B,DI的FSR（自由光谱范围）为1.5 nm,可调DI的调节范围超过半个FSR,AWG信道间的抑制比超过了20 d B,信道间距为3.3 nm。（3）利用研制的SOA级联滤波器的单片集成芯片,实验上实现了多信道同时的全光码型转换。实现了4×40 Gbit/s的NRZ-OOK（非归零开关键控码）到RZ-OOK（归零开关键控码）的同时转换,信道的平均功率代价在1 d B以内;进一步实现了4×50 Gbit/s的NRZ-QPSK（非归零正交相移编码）到RZ-QPSK（归零正交相移编码）的同时转换,信道的平均功率代价为3 d B。总结而言,本文提出了SOA级联滤波器实现波长转换的性能改善方案,研究成功适应多信道同时全光信号处理的单片集成芯片,基于集成芯片实现了四信道的同时码型转换。本文工作对基于SOA的全光信号处理集成芯片的研究起到了一定的推动作用,具有理论意义和实用价值。
关键词：全光信号处理;半导体光放大器;光学滤波器;单片集成芯片;波长转换;码型转换
学科专业：光学工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 全光信号处理的研究背景与研究意义
1.2 全光信号处理的研究范畴与实现方法
1.3 基于SOA的全光信号处理研究进展
1.4 本论文的工作
2 SOA级联滤波器全光信号处理方案的理论基础
2.1 SOA的基本原理
2.2 滤波器的基本工作原理
2.3 单片集成方案的基本原理
2.4 本章小结
3 SOA级联滤波器实现波长转换及其性能改善的研究
3.1 SOA级联高斯滤波器实现波长转换的理论与实验研究
3.2 SOA级联Fano滤波器实现波长转换的理论与实验研究
3.3 本章小结
4 SOA级联滤波器单片集成芯片的设计、制作与测试
4.1 SOA级联滤波器集成芯片的设计
4.2 SOA级联滤波器集成芯片的制作工艺
4.3 SOA级联滤波器集成芯片的测试
4.4 本章小结
5 SOA级联滤波器集成芯片用于多信道码型转换的研究
5.1 片上多信道NRZ-OOK到 RZ-OOK的理论与实验研究
5.2 片上多信道NRZ-QPSK到 RZ-QPSK的理论与实验研究
5.3 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
附录2 英文缩写简表