基于硅线波导的相位编码信号全光波长转换及码型转换研究

集成全光信号处理是支撑未来光通信网络发展的重要技术，而相位编码格式的数据信号具有抗传输色散、抗中继放大畸变、检测灵敏度高等优点，是骨干网传输的最优选择。因此，研制适用于相位编码信号的集成型波长转换、码型转换全光信号处理器件尤为重要。基于SOI技术的硅线波导因其成熟的制作工艺和超强的非线性光学特性成为集成全光信号处理的理想介质。本项目将首次基于硅线波导中的四波混频和交叉相位调制效应实现相位编码信号的波长转换和码型转换，分析非线性吸收以及自由载流子色散等因素对转换性能的影响，优化设计硅线波导器件及方案，提高转换效率和带宽，降低偏振敏感性，并通过实验实现相位编码信号的波长转换和码型转换，以及复用相位编码信号的波长转换。硅线波导全光波长转换及码型转换器件具有集成性好、体积小、重量轻、支持多信道并行操作等诸多优点，将为光通信系统中的关键器件提供新的选择，对加速光通信系统的集成化和实用化具有重要意义。

为了提高光通信系统容量,除了采用多种复用技术增加信道数之外,提高单信道的传输容量也十分重要。为解决单信道电子瓶颈的限制、降低功耗等目标，全光化和集成化是未来光通信发展的趋势。相位编码格式的数据信号具有抗传输色散、抗中继放大畸变、检测灵敏度高等优点，是骨干网传输的最优选择，特别是结合相干探测的多进制相位编码信号，每一位可以携带多个符号，大大提高了光载波的频谱效率。因此，研制适用于相位编码信号特别是多进制相位编码信号的集成型波长转换、码型转换全光信号处理器件尤为重要。基于SOI技术的硅线波导因其成熟的制作工艺和超强的非线性光学特性成为集成全光信号处理的理想介质。本项目基于硅线波导中的四波混频和交叉相位调制效应实现了相位编码信号的波长转换和码型转换，主要成果包括：(1) 建立了硅线波导中非线性效应的理论模型，针对波长转换和码型转换的应用需求，对硅线波导结构和尺寸、泵浦光配置方式等进行了优化设计，提出通过双泵浦波长配置扩展其带宽，泵浦光成角度偏振入射降低其偏振敏感性，优化减小硅线波导两个模式的色散差别增大其偏振不敏感带宽。(2) 利用硅线波导中的四波混频效应，实验实现了四进制QPSK、十六进制16-QAM等相位编码信号的波长转换，通过提供单路或多路泵浦光，实现了单信道波长转换以及多信道的波长组播，经眼图、星座图、误码率测试质量良好。(3) 结合波分复用和偏振复用技术，利用硅线波导中的四波混频，实验实现了波分复用、偏振复用相位编码信号的波长转换，验证了全光信号处理对这两种复用技术的并行处理能力。(4) 利用硅线波导中的非线性效应实现了兼具波长转换功能的码型转换，包括利用交叉相位调制的强度编码到相位编码的码型转换、利用四波混频的四进制相位编码到二进制相位编码的码型转换、利用四波混频的非归零码到归零码的码型转换。硅线波导全光波长转换及码型转换器件具有集成性好、体积小、重量轻、支持多信道并行操作等诸多优点，符合未来光通信全光化和集成化的发展方向，将为光通信系统中的关键器件提供新的选择，对加速光通信系统的集成化和实用化具有重要意义。