基于光纤参量放大器和液晶硅波长选择开关的全光多波长自适应色散补偿技术研究

随着WDM系统朝着超高速率、长距离和动态化方向发展，多波长自适应色散补偿技术的研究显得十分紧迫。为满足WDM系统发展的需要，本课题将基于光纤参量放大器（FOPA）和液晶硅波长选择开关（LCoS-WSS）发展一种对于信号速率和调制格式透明的多波长自适应色散补偿器件。首先通过控制FOPA内部四波混频增益特性，使得信号波传输色散体现在探测波平均功率上，进而通过低速光探测器对高速信号波传输色散进行监测。然后采用平行AWG结构改进液晶硅波长选择开关的设计，使其能够同时完成WDM信道的分光下载和色散监测反馈信号控制下的各个WDM信道的独立色散调节。课题将根据未来WDM系统自适应色散补偿的需要，研究FOPA的优化设计方法，解决FOPA介质光纤设计制备中的关键问题，建立基于AWG的LCoS-WSS数值分析模型，研究提高系统色散补偿精度，动态范围和带宽的有效途径，推动器件向高集成度，低功耗和实用化方向发展。

随着光纤传输系统信号速率的提高，色散成为限制系统传输距离和传输性能的主要因素之一，必须进行准确的补偿。以往基于色散补偿光纤（DCF）的静态色散补偿方式不能解决由于外界环境温度变化及动态光网络中链路重构造成的信号色散变化问题。为了实现动态补偿必须对信号色散进行实时在线监测，但是以往的全光色散监测器件存在色散监测范围较小，工作波段较窄，仅适用于开关调制信号，对信号速率和调制格式不透明，以及对信号PMD、OSNR和输入功率敏感等问题，影响了器件的实用性。.为此，课题组提出基于高非线性光纤（HNLF）中的四波混频（FWM）效应构建全光色散监测器件，并配合基于硅基液晶的多信道独立可调色散补偿器件（LCOS-TDC），实现WDM系统中各个信道的动态自适应色散补偿。本课题组创新性的提出基于HNLF中FWM提供的高非线性功率传输函数（HNPTF）来监测色散变化。整个系统仅仅采用低速的光探测器和普通光滤波器，输出信号对比度相比原有方法能够提高10dB以上，具有灵敏度高，结构简单的优点。此外，通过探测光调谐保持相位匹配，可以实现C+L波段高灵敏度的监测。在此基础上结合LCOS-TDC和数字信号处理器（DSP），通过控制模块驱动TDC以扫描方式工作，并记录扫描过程中HNPTF监测曲线，进而利用DSP搜索曲线的对称中心就可以确定信号色散大小和符号。该方法突破了以往全光色散监测器件监测范围的极限，能高实现大范围色散监测和全光自适应色散补偿，适用于各种速率的普通开关调制和高级调制格式信号，同时解决了色散监测器件对OSNR和PMD敏感的问题。在LCOS-TDC的设计上课题组利用几何光学理论得到光路系统中准直器、偏振控制器、傅里叶透镜、扩束棱镜等的设计参数，推导了光栅的角色散、系统带宽的计算公式，利用波动光学理论，推导了入射高斯光场与经过LCOS调制之后的出射光场之间的耦合损耗公式；研究了该系统的色散补偿量、通带宽度、插入损耗等关键性能指标的关系，得出了基于LCOS的光器件传输谱线中纹波的产生因素，提出了抑制纹波的措施，为器件的优化设计奠定了理论基础。