基于半导体光放大器和光学滤波器的高速全光信号处理

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2010 年全国优秀博士学位论文名单(100 篇)

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兽医学 临床医学
9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9 1 0 0 管理学
公共卫生与预 防医学 临床医学 口腔医学 药学 中药学
湖沼地区血吸虫病高风险区域的空间分 析及重点钉螺孳生地的探测 小型猪急性心肌梗死模型血管再生的实 验研究 压应力对骨髓间充质干细胞成骨分化早 期阶段成骨和破骨生成能力的影响 (± )-Communesin F 的全合成 丹参酮类化合物生物合成相关酶基因克 隆及功能研究 Fas 信号和 TLR 信号促进调节性树突状 细胞负向调控 CD4+ T 细胞反应及相关机 制研究
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光放大器在现代光纤通信系统中的应用

光放大器在现代光纤通信系统中的应用

光放大器在现代光纤通信系统中的应用一、引言随着信息技术的快速发展,光纤通信系统已成为现代通信领域的主流技术。

而在光纤通信系统中,光放大器是一个非常重要的组成部分。

本文将对光放大器在现代光纤通信系统中的应用进行全面详细的介绍。

二、什么是光放大器光放大器是一种能够对光信号进行放大的设备。

它可以将弱光信号放大到足够强度以便于传输和处理。

目前常见的光放大器有半导体光放大器、掺铒光纤放大器和掺铒波导放大器等。

三、半导体光放大器在现代光纤通信系统中的应用半导体光放大器是一种基于半导体材料制成的可调谐激光源。

它具有高带宽、低噪声、小尺寸等优点,因此被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当预调制器在直接调制激光(DML)输出时,由于其输出功率受限制,容易受到外界噪声干扰,因此需要一个预调制器来对其进行调制。

半导体光放大器可以作为预调制器,通过对输入信号进行放大和调制,从而提高系统的传输性能。

2. 充当放大器半导体光放大器可以作为信号放大器,将弱光信号放大到足够强度以便于传输和处理。

在光纤通信系统中,它通常被用作前置放大器或中间放大器。

四、掺铒光纤放大器在现代光纤通信系统中的应用掺铒光纤放大器是一种基于掺铒光纤材料制成的激光源。

它具有高增益、低噪声等优点,因此也被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当前置放大器掺铒光纤放大器可以作为前置放大器,将输入的弱光信号进行增益,从而提高整个系统的传输性能。

2. 充当中间放大器在长距离传输时,由于信号衰减严重,需要在传输过程中加入一些中间放大器来对信号进行增益。

掺铒光纤放大器可以作为中间放大器,在传输过程中对信号进行增益,从而保证信号的传输质量。

五、掺铒波导放大器在现代光纤通信系统中的应用掺铒波导放大器是一种基于掺铒波导材料制成的激光源。

它具有高增益、低噪声等优点,因此也被广泛应用于现代光纤通信系统中。

1. 充当前置放大器掺铒波导放大器可以作为前置放大器,将输入的弱光信号进行增益,从而提高整个系统的传输性能。

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集成光电子学习题集

集成光电子学习题集

考试题型及分值1.填空题:10空,每空2分,共20分。

2.概念题:5个,每个3分,共15分。

3.判断正误:10个,每个2分,共20分。

4.简答题(包含推导):5题,每题6分,共30分。

5.简述题,2题,共15分。

C1 概论1.什么是集成光路? 2.用光子作为信息载体,相比于电子,具有哪些优势? 3.光电子集成的方式有哪两种?两种集成方式的概念是什么?分别举例2~3种。

4. 判断正误:(1)矩阵式光开关属于功能集成器件。

(2)集成调制光电二极管属于功能集成器件。

(3)混合集成的主要优势是材料选择的范围更宽。

(4)功能集成的主要优势是材料选择的范围更宽。

5. 什么是单片集成?什么是混合集成?单片集成及混合集成各自的优势是什么?C2 平面介质波导理论1. 在介质波导中,定义有有效折射率,请写出有效折射率的表达形式?对于图示的平板介质波导(32n n >),使光波完全限定在芯层中传播,有效折射率需要满足怎样的条件?出现衬底辐射模的条件?出现包层衬底辐射模的条件?2. 光波在平板介质波导(芯层、衬底及包层折射率分别为123,,n n n ,且123n n n >≥)中导行传播的条件用传播常数表示应为:2010n k n k β<≤。

3. 在二维介质光波导中存在两种相互独立的模式,分别为?两种模式其基本场量具有什么样的特征?二维介质光波导中的导波模式的场分布在芯层、包层、衬底层分别具有什么样的特点?4. 求解梯度折射率波导中模式有效折射率的近似方法有哪些?5. 判断正误:(1)平板型的光波导,光只受到一个方向的限制,在光波导的芯层,光束能量会因为衍射而发散。

(2) 在折射率相差较小的介质构成的条形波导中,不存在纯粹的TE 模式及纯粹的TM 模式,而是构成所谓的混合模式(hybrid mode)。

(3)条载式光波导是一种平板光波导。

(4)在平板波导或者条形光波导中,导波模式的能量完全限定在芯层中传播,没有能量进入到包层或者衬底。

半导体光放大器在光纤通信中的作用

半导体光放大器在光纤通信中的作用

半导体光放大器在光纤通信中的作用半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)是一种重要的非线性光学器件,它通过注入电流或光子激发半导体材料来实现光信号的放大。

在光纤通信中,SOA起到了非常重要的作用。

下面将从放大原理、应用范围和性能优势三个方面详细介绍SOA在光纤通信中的作用。

首先是SOA的放大原理。

SOA实现光信号的放大基于半导体材料中的非线性效应。

当光信号通过SOA时,光子将与半导体中载流子发生相互作用,导致载流子在光学场的作用下发生复杂的动力学行为。

这些行为包括激发、弛豫、自发辐射、增强自发辐射和受激辐射等。

通过合理的调节注入电流,可以实现对SOA的增益、带宽和饱和功率等性能进行优化。

SOA在光纤通信中的应用范围非常广泛。

首先,SOA可以用作光纤通信系统中的增益均衡器。

在长距离的光通信系统中,信号在传输过程中会产生损耗和信号失真。

为了恢复信号强度和形状,需要对光信号进行放大。

SOA可以作为光信号的增益器,放大信号的强度,并保持信号的波形特性。

此外,SOA还可以用于信号再生和时钟恢复等应用,提高传输质量和系统性能。

其次,SOA还可以用于光纤通信中的波长转换。

在光通信系统中,通常使用不同的光波长来传输不同的信号或数据。

SOA可以将一个输入光信号转换成一个输出光信号,从而实现波长转换。

这种波长转换可以应用于波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)系统中的信号调制、光路交换和光时钟等领域。

此外,SOA还可以用于非线性光学效应的研究和应用。

在光纤通信系统中,非线性效应是一个重要的限制因素,会导致信号的失真和衰减。

SOA作为一种非线性光学器件,可以用于研究和理解非线性光学效应的发生机制,以及实现非线性光学信号处理和光学计算等新颖的应用。

最后,SOA具有一些性能优势,使得它在光纤通信中非常有用。

首先,SOA具有极高的增益带宽产品,可以实现更大范围的信号放大。

高速光通信系统中的偏振复用技术

高速光通信系统中的偏振复用技术

高速光通信系统中的偏振复用技术摘要:偏振复用(Polarization Division Multiplexing:PDM)技术不仅能够在很大程度上提高系统通信容量还能使系统的频谱效率得到明显改善。

偏振复用技术利用光的偏振维度,在同一波长信道中,通过光的两个相互正交偏振态同时传输两路独立数据信息达到加倍系统总容量和频谱利用率目的。

它是光纤通信中一种比较新的复用方式,在这种复用方式中,传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号,从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需要增加额外的带宽资源。

本文论述了高速光通信系统中的偏振复用技术的研究意义,发展现状以及偏振复用技术在高速光通信系统中的关键技术和信息处理技术,包括全光复用技术、全光信号处理技术和数字信号处理技术。

最后对高速传输时偏振复用链路的损失和串扰进行概述。

关键词:偏振复用;高速光通信;PMDPolarization Division Multiplexing In High-speed Optical Communication SystemsLiu Yu(Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065)Abstract:Polarization Division Multiplexing (Polarization Division Multiplexing:PDM) technology can not only improve the system to a great extent communication capacity of the system spectrum efficiency,but also can be significantly improved.PDM technique which utilizes the polarization dimension of light,carries two independent data at the same wavelength with orthognal states of polarization.It can double the system capacity and spectral efficiency directly.It is a kind of relatively new multiplexing method, optical fiber communication in this kind of multiplex mode,two orthogonal polarization of transmission wavelengths as a separate channel signal transmission two road is independent and mutually,so that the capacity of optical fiber information transmission to double and does not need to increase the additional bandwidth resources.This paper discusses the research significance of the polarization multiplexing technology of high speed optical communication system, the current situation of the development and the key technology of polarization multiplexing technology in high-speed optical communication system and information processing technology, including QuanGuangFu technology, all-optical signal processing technology and digital signal processing technology.Finally, the high speed transmission when polarization multiplexing link loss and crosstalk are summarized.Key words:Polarization Division Multiplexing;High-speed optical communication;PMD0 前言随着互联网业务的快速发展,尤其是基于互联网的视频应用和P2P交互式应用的爆炸式发展,骨干通信网络带宽需求迅猛增长,现有密集波分复用(DWDM)系统己经不能满足日益增长的带宽需求,提高系统传输能力势在必行。

高速光通信中的全光数字信号处理技术

高速光通信中的全光数字信号处理技术

高速光通信中的全光数字信号处理技术作者:袁伟来源:《中国新通信》2016年第24期【摘要】全光信号处理技术是将某个光信号通过另外的光信号对其的振幅、相位等信息进行变动和控制。

全光信号处理需要包括很多个环节,如放大、缓存、信号再生等等。

将全光信号处理技术有效应用到通信网络上,可以促进网络传输速率、宽带利用率的提高。

所以在以后的光通信网络发展中,全光信号处理技术的作用和意义是非常重要的,必须予以重视。

【关键词】高速光通信全光数字信号处理光子神经元一、全光逻辑与全光波长变换1、全光逻辑。

当下使用率比较高的逻辑门技术有两种,第一种,逻辑运算是通过SOA自身的非线性效应来进行的,比如交叉相位调制(XPM)和四波混频效应(FWM)等;第二种的逻辑预算则是配有光纤结构或波导结构的干涉仪来完成的,如Sagnac干涉仪、超高速非线性干涉仪等。

2、全光波长变换。

全光波长变换技术能够顺利实现两个波长光信息之间的传递,完成对信息的切换,将波长再次利用起来,促进其利用率的提高,更好的为全光通信网络的建设做出贡献。

SOA元件在集成性、使用性等方面的优势非常大,如输入功率小、集成性高等特点,所以它可以更好的适用于全光波长变换器件的构建。

二、全光缓存技术1、基于光纤延迟线的全光缓存技术。

FDL型全光缓存器有两种结构形式的光线结构:第一种是由长度不等的光线延迟线构成的,当数据包通过延迟线时,会通过线的长短而实现延时缓冲作用;第二种结构是环形的光纤单元,通过对光开关进行有效的调控来实现数据包的延时通过。

虽然前一种光缓存器的操作以及结构都非常简单,但是延迟单元仅能够为光数据包进行一次处理,需要更多的光纤延迟线才能实现数据包的多次通过,集成性非常差;而第二种形式的的光缓存器就可以有效解决这一问题,它的集成性非常好,并且可以使光信号在缓存单元内重复通过,它是以后FDL型全光缓存器的主要研究方向。

2、慢光型全光缓存技术。

即便当下的慢光型缓存技术还不够成熟,经常会出现缓存要求不达标、信号失真等情况,然而慢光缓存却具有可调分辨率高、实用性强以及延时时间便于调控等优点,所以它对于全光缓存技术的研究还是具有很大的贡献。

几种全光逻辑门浅析

几种全光逻辑门浅析
开 了广泛深入的研究。半导体光放大器 以其 体积小 、
交换系统的核心器件和决定 网络性能的关键因素,
光交换 技术 的最 终发 展趋 势是光 控光 交换 ,因此 ,
维普资讯
易 于集 成 、光谱性 能好 、工 作波长 范围宽 、响应时 间短 以及 良好 的非 线性特性 等优点 ,成为各 种全光
T l o m nct n X ’ 0 1 h a) e cm u i i , in7 0 6 , i e ao a 1 Cn
Ab t c : t a gc l ae i a i d o o a td vc s g f r ih — efr a c p ia fr a in p o e s s r t Op i l o ia t k n fi r e ie u i g — r m n eo t l n o t r c s ・ a c l g sn mp t n n o h p o c i m o — i g a d al p ia e r s s me e a l a pi ain n l dn ih s e d o t a a k t s i h d ru e s h a — n l o t l t k , o x mpe p l t si cu i gh g - p e p i lp c e - w t e o tr , e d n c n wo c o c c
e e o nz to rr c g iain,p rt h c i g a d d t n o e a d S nS v rlknd fo tc llgc lg tsb s d o oi a aiy c e k n n aa e c d O o .e e a i so p ia o ia a e a e n n l n ne r
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附件2论文中英文摘要作者姓名:董建绩论文题目:基于半导体光放大器和光学滤波器的高速全光信号处理作者简介:董建绩,男,1979年11月出生,2005年09月师从华中科技大学黄德修教授攻读博士学位,于2008年06月获博士学位。

中文摘要光纤通信网络已无可争辩地成为整个信息网络的核心。

信息业务的需求量仍在指数增长,以密集波分复用(DWDM)为代表的多种复用技术已成功地解决了光纤通信网络中大容量信息业务的传输问题。

信息业务的阻塞将日益凸现在光纤通信网络的节点上。

因此,变革传统的“光-电-光”信息交换方式,在网络节点上实施全光交换和全光信号处理是本世纪以来的全球研究热点,也是当务之急。

全光波长转换、全光逻辑、全光信号再生和全光码型转换等是全光交换得以实现的一些基本功能。

半导体光放大器(SOA)以其高非线性系数、低功耗、高效率、小体积、低成本以及易于和其他半导体光电子器件集成等特点,将成为实现全光信号处理的基本器件单元。

本文以SOA和光学滤波器为基本构件,对上述全光信号处理功能开展了较全面的理论与实验研究工作,所取得的创新性成果如下:(1) 对SOA和失谐滤波器的组合模型进行了深入的理论分析和实验研究。

从研究SOA 增益介质内电子-光子、光子-光子相互作用的复杂物理过程及其产生的多种物理效应出发,紧密结合由这些效应在光纤通信中的应用潜力,针对波长转换在光纤通信网络中能有效降低信息业务的阻塞和使网络更具灵活性的特点,首次用时域分析方法求解了基于瞬态交叉相位调制(T-XPM)效应的波长转换解析公式,在理论上很好地阐明了滤波器失谐对全光波长转换动态特性的改善作用,成功解释了滤波器失谐在同相波长转换和反相波长转换中的不同作用和机理,即当滤波器失谐量较小时,得到反相的波长转换结果,此时交叉增益调制(XGM)占主导作用,而滤波器的失谐起到加速增益恢复的作用;当滤波器失谐量较大时,得到同相波长转换结果,此时交叉相位调制(XPM)占主导作用,而滤波器起到提取啁啾信息的作用。

该研究为所有基于SOA和失谐滤波器组合模型的全光信号处理技术提供了理论依据。

同时从实验上分别验证了工作速率为10Gbit/s和40Gbit/s的同相和反相波长转换功能,这两种波长转换的切换仅仅取决于光学滤波器的失谐量大小,该项技术能极大地提高波长转换输出的灵活性和可控性。

(2) 鉴于光纤通信不同的网络层次和规模,综合考虑光谱效率、抗光纤中色散和非线性影响、成本等因素,不同的网络环境有不同的适用码型。

为此,基于SOA和失谐滤波器组合模型,本文全面深入地探索了各种全光码型转换的实现方法以及全光2R再生技术。

基于SOA 的T-XPM效应,首次从理论上验证了从单信道非归零码(NRZ)到双信道归零码(RZ)的码型转换,并对码型转换的性能参数(消光比、转换效率和非线性码型效应等)做了深入的分析。

同时从实验上首次报道了从单信道NRZ到双信道伪归零码(PRZ)的转换,以上的双信道信号分别通过滤波器红移和蓝移得到。

另外,从实验上证实了基于SOA的自相位调制效应的NRZ到PRZ的转换和NRZ信号的2R再生功能,当滤波器选择蓝移时,则抑制NRZ信号的畸变,从而实现信号的2R再生,反之当滤波器选择红移时,则提取这种过冲脉冲,抑制信号的直流分量,从而实现NRZ到PRZ的转换。

以上各种码型转换方案均只使用一个SOA,两个滤波器则实现双信道输出,结构简单,工作速率高。

(3) 通过用光控制光的逻辑器件以产生类似于电子学中的逻辑功能,以求应用于光通信和光计算中,是上世纪70年代半导体激光器实现室温连续工作并用其实现双稳态以来一直所研究的难题。

本文全面研究了基于SOA的各种逻辑门及其高级逻辑器件,首次实验报道了利用单个SOA器件实现5种不同功能的全光逻辑门,包括“或非门”、“或门”、“非门”、“与门”和“同或门”,工作速率达到了40Gbit/s,这可大大地降低光纤通信系统的复杂度,增加光纤通信网络的灵活性。

本文还从理论上提出了基于单个SOA和两个并联的滤波器组合的全光“半加器”和“全加器”,利用滤波器的不同失谐量提取不同的逻辑输出,分别得到“进位”位和“求和”位,与传统的SOA干涉结构和交叉增益调制的级联结构相比,本文所提出的全光加法器仅需单个SOA,结构简单,无偏振相关性,工作速率高,不失为未来高级全光逻辑器件的优先选择。

在博士学位论文提交后的进一步理论研究发现了基于单个SOA实现任意布尔逻辑运算的可行性,分析了不同逻辑运算的品质因子和引入的功率代价,这种任意布尔逻辑使得SOA 作为未来光子计算的基本元器件成为可能。

该研究成果发表在2009年5月11日的Optics Express,虽在有效期内,但未在本学位论文中得到反映。

(4) 定义10dB带宽大于500MHz的无线电信号的所谓超宽带(UWB)在成像系统、车载雷达,以及蓬勃发展的移动通信中具有广泛的应用。

用光学方法产生UWB是为当前的研究热点之一。

本文将全光信号处理技术应用于超宽带射频信号的产生,在国内率先开展了基于SOA的超宽带射频信号全光处理(包括全光产生、传输和调制)的研究工作,特别提出了几种创新型的方案产生超宽带射频的monocycle,doublet和triplet脉冲信号。

首次利用SOA 和失谐滤波器的组合产生了超宽带monocycle脉冲,通过选择滤波器蓝移和红移分别得到一对极性相反的monocycle脉冲,首次利用SOA的增益饱和效应,直接从反相RZ信号中提取monocycle波形,实验研究了注入电流、输入信号脉宽和波长对超宽带频谱的影响,首次利用单模光纤的色散特性对差分相移键控信号进行微波滤波,从而获得超宽带doublet脉冲和triplet脉冲。

同时首次实验报道了针对多波长混合型的超宽带信号可以通过色散波长技术实现无畸变传输,并利用SOA实现超宽带脉冲的多种全光调制方法。

本文提出的超宽带信号的处理是真正意义上的全光操作,与国际上报道的电子技术方法和光电混合方法相比,具有较高的响应和调制速率,并与全光通信网络具有更好的兼容性等优点,尤其是在应用于UWB-over-fiber 技术中避免光-电-光的转换,体现了其优越性,极大简化了系统网络。

(5) 四波混频是不同波长的光子在光学介质中相互作用所产生的一种非线性效应,也是长期以来研究者致力于克服其在密集波分复用系统中对系统性能的损伤,并如何将它应用于全光信号处理的一个重要课题。

本文研究了基于SOA的四波混频效应的全光信号处理技术。

从理论上提出并实现了一种全光比特误码检测器,该器件是利用两级级联的SOA的逻辑非门和与门来完成的,结果表明该方案对于40Gbit/s的RZ信号和10Gbit/s的NRZ信号均能胜任。

其次从实验上研究了四波混频效应实现多种调制速率、多种调制格式的波长转换功能。

特别地,对40Gbit/s的NRZ信号实现了单信道到三信道的多波长转换。

同时利用四波混频效应实现了40Gbit/s的单信道NRZ码型到双信道RZ信号的码型转换,输出的双信道分别对应四波混频效应产生的两个边带频率,转换光信号的品质因子均大于6。

由于四波混频效应具有对比特率和调制格式严格透明的优点,本方案中的波长转换和码型转换都可以较高速率工作,同时多信道的处理功能能够节约器件资源,降低成本。

关键词:全光信号处理、半导体光放大器、瞬态交叉相位调制、四波混频、超宽带射频产生High speed all-optical signal processing based on semiconductor opticalamplifiers and optical filteringDong JianjiABSTRACTOptical fiber communication networks are definitely becoming the core of the whole telecommunication networks.The demand of information traffic is increasing exponentially. Some multiplexing technologies, especially the dense wavelength division multiplexing (DWDM) technology, have solved the transmission issues of large information capacity in the fiber communications as the information traffic increases explosively. However, the traffic congestion will take place in the nodes of optical fiber telecommunication networks. Therefore it is a world-wide hot topic and urgent affair to implement all-optical switching and all-optical signal processing in optical network nodes since the beginning of this century. And all-optical wavelength conversion, all-optical logics, all-optical regeneration, and all-optical format conversion are some very basic functions to realize all-optical switches.Semiconductor optical amplifier (SOA) will become the basic unit in all-optical signal processing because of its high nonlinearities, low power consumption, high power efficiency, small footprint, and low cost, and it is easy to be integrated with other semiconductor optoelectronic devices. In this dissertation, some comprehensive theoretical and experimental researches aimed at all-optical signal processing are carried out based on SOA and optical filter. Some research achievements and contributions are summarized as below:Firstly, comprehensive theoretical analysis and experimental researches are studied in terms of the combination of SOA and detuning optical filter. Several kinds of crucial physical processes and effects on the interaction of electron-photon and photon-photon within the SOA gain medium are explained in details. The application potentials of these physical effects in optical fiber communications are demonstrated, and especially the wavelength conversion can reduce the block of information traffic and improve the network flexibility. An analytical formula for wavelength conversion of transient cross phase modulation (T-XPM) is deduced from the viewpoint of temporal approaches for the first time. The analytical formula can reveal the gain dynamic improvement by detuning optical filter in the wavelength conversion, and explain the different mechanisms of inverted conversion and non-inverted conversion induced by the detuning optical filter. The inverted wavelength conversion is obtained by small filter detuning, which helps to accelerate the gain recovery, and in this condition the cross-gain modulation (XGM) is dominant. And the non-inverted conversion is obtained by large filter detuning, which is used to extract the frequency chirps, and in this condition the cross phase modulation (XPM) is dominant. These research resultsbecome the theory foundation of all-optical signal processing technologies based on the combination of SOA and detuning filter. At the same time, we have experimentally demonstrated both inverted wavelength conversion and non-inverted wavelength conversion at 10Gbit/s and 40Gbit/s. The polarity of wavelength conversion is dependent on the filter detuning, which ensures the output flexibility and controllability.Secondly, different data formats are widely used in different network environments because several kinds of impacts, such as spectral efficiency, immunity to the dispersion and nonlinearity, as well as cost, need to be considered in terms of various network layers and scales. Hence all-optical format conversion and 2R regeneration techniques are comprehensively investigated based on the SOA and optical filter. Single-to-dual channel NRZ-to-RZ format conversion by T-XPM effect is theoretically demonstrated. Some important parameters, such as extinction ratio, conversion efficiency, and nonlinear format patterning effect, are analyzed. We also experimentally demonstrate single-to-dual channel NRZ-to-PRZ conversion for the first time. The dual-channel converted signals are obtained by the red shift and blue shift of detuning filters, respectively. Moreover, we also experimentally demonstrate NRZ-to-PRZ conversion and 2R regeneration of NRZ signals based on SOA self phase modulation. The 2R regeneration is realized by suppression of NRZ distortion with a blue shifted filter, while the PRZ signal is implemented by extracting the overshoot with a red shifted filter. In all schemes above, only one single SOA is required, so the structure is quite simple and two filtering conditions ensure dual channels’ output. The system can operate at very high modulation speed.Thirdly, optically-controlled optical logic units, similar to the logic circuits in electronics, are supposed to be applied in optical communications and optical computing, which have been the crucial issues since semiconductor laser operated at room temperature and was trying to be used to flip-flop memories in 1970s. A variety of SOA-based logic gates and the advanced logic circuits are comprehensively investigated in these years. For the first time, we have experimentally demonstrated five logic functions, including NOR, OR, NOT, AND and XNOR, based on single SOA at the bit rate of 40 Gbit/s. With this technique, the system complexity can be reduced and the system flexibility can be improved in the future optical networks. We also theoretically propose the feasibility of arbitrary Boolean logic functions with one SOA. The Q factor and power penalty for different logics are analyzed. The implementation of arbitrary logics makes the SOA one of the promising candidates of future optical computing units. At last, optical half /full adders based on single SOA and several optical bandpass filter are theoretically proposed. Different logic functions, such as the SUM and CARRY bits are implemented by different filter detuning values. The optical adders are very promising in future advanced optical circuits due to the simple structure, polarization independence, and high speed operation.After the dissertation was submitted, a new idea that the arbitrary Boolean logic functions can be realized with only one SOA was proposed and published on Optics Express on issue of 11th May, 2009.Fourthly, ultra-wideband (UWB) wireless signals, defined as any wireless signal with 10 dB bandwidth over 500 MHz, are supposed to be widely used in imaging system, vehicle-based radar, and flourish mobile communications, where the optical generation of UWB pulse signals is one of the hot topics all over the world. In this dissertation, all-optical signal processing techniques are applied to the UWB signal generation. We take the lead in developing all-optical UWB radio signal processing nationally, such as optical generation, transmission, and modulation. Especially several novel schemes about UWB monocycle, doublet, and triplet pulses generation are presented. For the first time, a pair of polarity-reversed monocycle pulses is generated using the combination of SOA and detuning filter. We also for the first time demonstrate a simple and compact scheme to generate UWB monocycle pulses utilizing gain saturation of the dark RZ signal in an SOA. The UWB frequency spectra at different injected currents, different input pulsewidths, and different input wavelengths are analyzed. For the first time, UWB doublet and triplet pulses from NRZ-DPSK signals are experimentally demonstrated assisted by the dispersion of single mode fiber. We also firstly achieve that multiple wavelength-mixed UWB pulses can be transmitted without distortion over the single mode fiber and its dispersion compensation fiber counterpart. Several effective all-optical modulation approaches of UWB pulses are demonstrated. Our schemes have fast dynamic response and modulation speed because of all-optical operation, so that they are more compatible to the all-optical networks compared to the electronic approaches or opto-electronic hybrid approaches. For example, the conversion between optics and electronics is avoided in the UWB-over-fiber technology, making the system simpler.Finally, four-wave mixing (FWM) is a nonlinear effect induced by photon interaction of different wavelengths. Researchers are trying to overcome the harm of FWM effects to the DWDM systems, and also trying to apply FWM effect to all-optical signal processing technologies on the other hand. In this dissertation, all-optical signal processing based on FWM effects of SOAs is systematically investigated. We propose and demonstrate an all-optical bit error monitoring system (BEMS) based on the FWM model. The BEMS is realized by two cascaded SOAs, which implement logic NOT and logic AND, respectively. The results show that this scheme is competent for 40Gbit/s RZ and 10Gbit/s NRZ format signals. And wavelength conversion based on FWM in an SOA for various bit rate and various data formats is experimentally investigated. Especially, for 40Gbit/s NRZ signals, multi-wavelength conversion from single to triple channels is obtained. At last, all-optical single-to-dual channel format conversion from NRZ to RZ using FWM in single SOA is demonstrated. Based on the FWM effect, two sideband components are generated and both channels are RZ formats. And all the converted RZ signals have the Q factor larger than 6. FWM effects are strictly bit rate transparent and data format transparent, so our schemes can operate at high speed and process for multi-channels with lower cost.Key words: All-optical signal processing; Semiconductor optical amplifier; Transient cross phase modulation; Four-wave mixing; Ultrawideband generation。

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