基于多泵浦/级联四波混频效应的高光谱效率全光码型转换与全光组播

All-optical format conversion from NRZ (Nonreturn to zero) to RZ (Return to zero) is a key technology of interfacing WDM (Wavelength division multiplexing)and OTDM (Optical time division multiplexing) system in future transparent photonic network. To accommodate with the WDM/OTDM hybrid networks, we focus on ultra-wide band、 wavelength tunable、 highly spectral efficiency all-optical NRZ-to-RZ format conversion/wavelength multicasting based on dispersion flattened highly nonlinear photonic crystal fiber. Various disadvantages such as optical/electrical conversion, complex scheme, temperature sensitive, low efficiency in traditional format converter are avoided. We propose building a mathematic model of multiple-four-wave-mixing in photonic crystal fiber for all-optical format conversion application, disclosing physical mechanism of multiple-pump/cascaded four-wave-mixing in photonic crystal fiber, exploring its potential applications in format conversion/wavelength multicast. We intend to solve the coupled-wave equations by using split-step Fourier and Runge-Kutta methods, seek a solution of suppressing crosstalk under multiple pump and multiple channels, and find a way of increasing optical spectrum efficiency of format conversion. We design an all-optical format converter which can achieve either simultaneous multiple WDM channels format conversion or single channel format conversion with wavelength multicast capability.

全光NRZ(Nonreturn to zero)到RZ(Return to zero)码型转换能完成从波分复用到时分复用的网络接口功能，是未来透明光子网络中一项重要的光信号处理技术。本项目拟开展基于新型色散平坦高非线性光子晶体光纤的超宽带可调谐高光谱效率全光NRZ-to-RZ码型转换与全光组播研究，解决目前码型转换器需要光电转换、结构复杂、效率低下等问题。建立面向全光码型转换应用背景的光子晶体光纤中多泵浦/级联四波混频数学模型，揭示光子晶体光纤中多泵浦/级联四波混频效应的物理机理，探索其在码型转换与全光组播方面的潜在应用。采用分布傅里叶法和龙格-库塔法相结合的思想数值求解耦合波方程，寻找多信道多泵浦时信道间串扰抑制方案，探寻码型转换器光谱效率提升方案，设计基于多四波混频原理的全光NRZ-to-RZ码型转换器，满足既能对多信道同时实现码型转换，又具有波长转换和全光组播功能的光子网络需求。

全光码型转换和全光波长组播是未来超快光子网络中两项重要的光信号处理技术，前者能实现不同类型子网络之间的有机结合，后者能够在光域按照不同波长同时将信息发送到不同目标节点，两者对于光纤通信网络性能的提升和光纤通信技术的整体发展均具有重要意义。. 本项目基于新型色散平坦高非线性光子晶体光纤中的四波混频效应，开展了超宽带可调谐全光码型转换与全光组播研究。首先建立了面向全光码型转换应用背景的光子晶体光纤中多泵浦/级联四波混频数学模型，揭示了光子晶体光纤中多泵浦/级联四波混频效应的物理机理，并针对其在全光码型转换与全光波长组播方面的应用，进行了详细的理论计算。通过采用分布傅里叶法和龙格-库塔法相结合的思想数值求解耦合波方程，得到了码型转换器性能与泵浦功率、波长间距、偏振失配、光纤长度等参数之间的关系。其次通过开展实验研究，设计并验证了一种基于自相位调制效应的全光RZ到NRZ码型转换器，系统工作速率为30Gbit/s，转换信号的Q因子和ER分别为6.57和16dB；设计并验证了三种基于四波混频效应的全光NRZ-to-RZ码型转换器，系统工作于10Gbit/s，得到的转换信号Q因子和ER分别为5.4和15dB，且不仅能对单信道完成码型转换，还能对多信道实现码型转换，又具有同时实现波长转换和单到多信道全光组播功能；设计并实验验证了基于三段光纤，同时具有80-40 Gbit/s时分解复用、40 Gbit/s波长转换和40 Gbit/s的RZ到NRZ码型转换功能的光网络子系统，相关成果均已在国内外学术刊物公开发表。