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        光通信系統中基于四波混頻(FWM)效應的幅度限制器

        今日光電 ? 來源:Optics Communications ? 2023-11-17 10:29 ? 次閱讀

        四波混頻(FWM)效應時發生在具有非線性介質中的一種三階非線性效應,在光通信系統中,可以用來構成波長轉換器、相位不敏感的光學參量放大器(FOPA)和相位敏感的光學參量放大器、邏輯運算器、限幅器等。

        能夠產生四波混頻(FWM)效應的非線性介質包括高非線性光纖(HNLF)、半導體光放大器(SOA)、特定結構的微腔等。而且,四波混頻(FWM)效應的產生需要光波之間滿足一定的相位匹配條件,四波混頻輸出后的光波之間滿足確定的頻率和相位關系,因此,也常用FWM效應產生相位共軛光波(OPC)。常見的幾種FWM現象類型如下圖所示:

        wKgaomVW0DKAIdlYAAAupcBVknU683.jpg

        其中,利用圖(c)所示的單泵浦與信號進行的FWM的裝置,可以利用FWM的飽和效應,對光信號進行幅度限制,即實現對幅度噪聲的壓縮,實現幅度再生功能。2005年,Masayuki Matsumoto等人分析了在光纖傳輸系統中利用FWM構成光限制器對PSK信號傳輸性能的提升,同時,通過基于FWM構成的限幅器前后,信號光波長未發生改變。2008年,Masayuki Matsumoto又分析了在幅度受限器中使用光纖參量放大器(FOPA)的飽和效應時,相位噪聲產生的機理,對于高功率的泵浦光,會對FOPA輸出的信號中引入較大的相位噪聲,可以通過優化輸入的泵浦光功率,使由于飽和效應產生的相位噪聲最小。典型的基于FWM的限幅器如下圖所示:

        wKgZomVW0DKAYz0xAAATz1ouFi8965.jpg

        除了單信道光信號利用基于FWM的限幅器實現幅度噪聲壓縮,對于時間交織的多信道OOK/DPSK光信號,當引入自適應的延遲控制后,也可以利用單泵浦的飽和FWM實現對多信道光信號的幅度噪聲壓縮。

        wKgaomVW0DKARfGzAACzKX9Pt-s159.jpg

        對于單泵浦與信號光這類FWM結構,輸入與輸出信號的功率轉移曲線如下所示。從圖中可以看出,隨著輸入信號功率的增大,輸出功率曲線呈現拋物線類型的變化趨勢,而且存在一個較為平坦的輸出功率區域,在此區域內的輸出功率并不隨輸入功率的增加而明顯增加,即為FWM的飽和效應。

        wKgaomVW0DKAblzpAAAnhWmT0Dk492.jpg

        由于FWM效應可以用來產生于信號光共軛的閑頻光,因此,也可以利用FWM的飽和現象實現對閑頻光的幅度噪聲壓縮。2014年,Claudio Porzi等人在單個SOA中對DPSK信號利用飽和FWM實現了相位保留的幅度再生功能,而且信號光和閑頻光都具有幅度再生現象。這種對幅度進行壓縮的功能不僅可以用到光信號的幅度再生中,還可以結合XPM效應實現對光信號的格式轉換中。2013年和2018年,B. Zhan和劉紅等人也分別利用單泵浦FWM實現了8QAM信號和星型8QAM信號向QPSK信號的格式轉換,達到了對信號不同幅度狀態的歸一化處理。

        wKgZomVW0DKAGEDeAAA36vSzUGs677.jpg

        除了簡單的單泵浦類型的FWM之外,還有雙泵浦的簡并與非簡并FWM類型,可以構成功能更為多樣復雜的光放大器,實現對光信號相位和幅度噪聲的同時壓縮。

        審核編輯:湯梓紅
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        原文標題:【光電通信】光通信系統中基于四波混頻(FWM)效應的幅度限制器

        文章出處:【微信號:今日光電,微信公眾號:今日光電】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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