摘要：波分复用(WDM)光网络具有波长和节点数目众多、传输路径动态重构、业务/资源动态调度等特点,亟须发展低成本、高可靠的在线监测技术,以保障光网络的安全稳定运行。本文提出了一种基于四进制脉冲幅度调制(PAM4)数字光标签的低成本、高可靠、高效率监测方案,并创新设计了PAM4光标签加载、探测和处理等整套机制与方法,配合所提出的基于PAM4光标签序列特征的光功率监测误差修正方法以及基于频谱峰值的功率计算方法,所提方案可以准确高效地监测波长通道光功率、估计光信噪比(OSNR)并恢复数字标签信息等。搭建了16 GBaud偏振复用QPSK/16QAM WDM光传输仿真系统和离线实验平台,验证结果表明所提方案在25跨段长距离传输后的通道光功率监测误差不超过0.65 dB,OSNR估计误差不超过0.6 dB,性能略优于传统的基于差分相移键控(DPSK)低阶调制格式的光标签监测方案。

摘要：利用相位调控原理设计了一种基于TiO_(2)材料的具有非周期同心圆环形高折射率差亚波长光栅结构的会聚透镜,可实现大数值孔径、高聚焦效率、高透射率、低损耗特性,同时具有体积小、易集成的优点。采用时域有限差分法对提出的透镜结构进行仿真和分析,工作波长为850 nm时,该透镜透射率为90.5%,焦距约为10.4μm,焦斑的半高全宽为0.61μm。通过对仿真得到的数据进行分析,可得数值孔径为0.92,聚焦效率高达91.07%,损耗为0.41 dB,平衡了高数值孔径与高聚焦效率之间的矛盾,可在小器件直径下接近衍射极限实现点会聚效果。

摘要：光子晶体面发射激光器基于光子晶体能带带边模式,形成二维微腔谐振,继而实现光增益和激射,其具有高功率、单纵模等优异特性。基于氮化镓基蓝光激光器结构和速率方程调制理论,对异质结构光子晶体面发射激光器进行了动态调制性能分析。通过仿真计算得出,在所研究的激光器结构参数下,阈值电流为1.76 mA,最大3 dB调制带宽为42 GHz,最低数据发送能耗为62.78 pJ·bit^(-1),展示出了该结构激光器的基础性能和高速调制特性,为具有大调制带宽的蓝光激光器的设计提供了参考。

摘要：基于Al_(0.9)Ga_(0.1)As/Al_(2)O_(3)亚波长光栅设计了一种高性能偏振分束器。该偏振分束器由Al_(0.9)Ga_(0.1)As和Al_(2)O_(3)交替形成,制备简单、结构稳定且易于集成。采用严格耦合波分析方法对光栅反射率和占空比、周期的变化关系进行了分析,通过选取合适的光栅参数实现光栅结构对横电(TE)、横磁(TM)偏振光不同的衍射特性,进而实现了偏振分束功能。仿真和计算结果表明,在80 nm(800~880 nm)宽光谱范围内,该光栅偏振分束器对TE偏振光的反射率大于94%,对TM偏振光的透射率大于90%,且偏振消光比大于10 dB,最高可达41.37 dB。此外,还研究了光栅参数变化和入射角度偏转对偏振分束器性能的影响。结果表明,该偏振分束器具有良好的工艺容差,对垂直入射有左右各偏转4°的容忍性,有效解决了传统偏振分束器难以集成和制备工艺复杂的问题,可与GaAs基器件集成后实现对入射光束的调控。

摘要：提出一种基于训练序列相位差+调频Z变换(CZT)的两级频偏估计算法。该方案采用设计的时域训练序列块并结合块内和块间多次平均平滑噪声影响,以较低开销实现频偏的稳定粗估计,并进一步基于第一级频偏粗估计设定第二级CZT估计范围,以较低计算复杂度完成最终高精度频偏估计。三载波128 GBaud偏振复用十六进制正交幅度调制(PM-16QAM)超奈奎斯特(FTN)波分复用(WDM)系统的仿真结果表明,加速因子为0.95、0.90、0.85时,所提算法训练开销仅为1.56%,即可实现-8~8 GHz范围内的稳定频偏估计,残余频偏分别为2、2.5、3 MHz左右。与估计精度基本相当的传统盲四次方FFT频偏估计算法相比,所提算法的总体计算复杂度显著降低,约为传统算法的8%。

摘要：为提高光通信系统的物理层安全性能,设计并实现了一种基于双驱马赫-曾德尔调制器的加密调制一体化方案,该方案利用双驱马赫-曾德尔调制器中的矢量调制机制对明文和密钥在光域中进行异或加密操作,同时实现了加密和调制的功能复用。阐述了所提方案的基本工作原理和提升加密信号消光比的优化过程,并基于所提方案成功研制了加密调制一体化发射样机。实验结果表明,所提方案可以对传输速度为32 Gb/s的信号实现调制和加密,且信号消光比高达13.2 dB。仿真结果表明,在不同传输距离下,所提方案的接收信号消光比相比普通通断键控(OOK)系统有明显的提升。

摘要：本论文提出了氮化镓基有源体系的异质结构光子晶体谐振腔,以实现高品质因子和小模场体积的有源集成蓝光谐振。通过能带分析,明确了异质结构光子晶体谐振腔的工作机理。基于光子晶体的能带带边和带隙原理,实现了光子面内反馈、高品质因子谐振和面外垂直发射。基于时域有限差分方法,研究了核心区和包层区不同谐振腔参数下的谐振特性。讨论了微腔结构与谐振品质因子、腔损耗、谐振频率及模场体积等的影响关系。研究表明,通过异质结构可以有效地降低面内谐振损耗,实现了有源集成型蓝光波段的Purcell因子达到769,模场体积为0.7(λ/n)3。该研究为蓝光波段高Q/Vm谐振腔的设计开辟了道路,同时为具备优异谐振特性的异质结构光子晶体微腔的研究奠定了方法和理论基础。

摘要：云计算等分布式高带宽消耗业务对下一代无源光网络(NG-PON2)提出了大容量、长距离和广覆盖的发展要求。随着NG-PON2技术的发展,无源光网络(PON)系统的光线路终端(OLT)设备结构也日益呈现出复杂化和异构等特点。导致PON网络中出现了传统核心网中,由于链路和端口资源利用不均衡所带来的网络阻塞和带宽利用率低的问题。基于40 G相干PON实验系统研究了OLT设备流量均衡问题,提出了一种基于负载均担的实时监测上报告警和周期性调整相结合的动态流量均衡策略。实验结果表明所设计的动态流量均衡策略可以有效地降低PON网络阻塞率和提高带宽利用率。

摘要：本课题组设计了一种用于硅基外延激光器的对称负极芯片结构,与传统共面电极芯片结构相比,该结构大幅降低了硅基激光器的微分电阻,使激光器性能显著提升。采用该电极结构以及基于无偏角Si(001)衬底的量子点激光器外延材料进行了激光器芯片制作。芯片尺寸为1500μm×50μm的激光器的微分电阻仅为1.52Ω,单面输出光功率可达70 mW。实验结果表明:相比于传统共面电极芯片结构,该芯片结构可将器件的微分电阻降低约75%;当注入电流从1.2倍阈值电流增大到2.8倍阈值电流时,激射波长红移量减少了约77%,特征温度由27.2 K提高到43.4 K,斜率效率增大了约26.4%,最大光电转换效率增大了约4.7倍。所设计的芯片结构方案为制作高性能硅基外延激光器提供了一种优化的技术途径。

摘要：应用波动光学理论,分析了一种新型锥顶柱状光学微腔的本征模式,得到了谐振腔的谐振波长表达式.在谐振波长1550 nm附近进行了设计与仿真优化,优化结果显示新型谐振腔与传统平行腔相比,在腔长为4512.5 nm,直径为3134.4 nm时,其品质因数可以提高22.4%,达到了49928.5,同时谐振腔的有效模式体积减小了47.8%.