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系統識別號 U0002-2208201111393500
中文論文名稱 不同光源於法布里-珀羅雷射二極體入射鎖模之研究
英文論文名稱 Study on Various Light Sources for Injection-Locking of Fabry-Perot Laser Diodes
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 李鴻興
研究生英文姓名 Hong-Sing Lee
學號 698440160
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-21
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-楊淳良
委員-劉政光
委員-李三良
委員-李揚漢
委員-曹恆偉
中文關鍵字 入射鎖模  法布里-珀羅雷射二極體  再生光源  分波多工被動光網路 
英文關鍵字 Injection-Locking  Fabry-Perot Laser Diode  Reusable Light Source  Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network (WDM-PON) 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 被動光網路系統近期發展正朝向更高資料速率及遠距離傳輸,其中以分波多工被動光網路(Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network, WDM-PON)為最吸引人的方案。為了降低WDM-PON系統的成本,已有許多無色光源WDM-PON架構被提出。在光網路單元(Optical Network Unit)中,入射鎖模法布里-珀羅雷射二極體 (Injection-Locked Fabry-Perot Laser Diodes)已是一種非常普遍使用的無色光源。
因此在本論文中我們模擬不同光源於法布里-珀羅雷射二極體入射鎖模,探討不同光源在不同頻率失諧(Detune)上,旁模抑制比(Side Mode Suppression Ratio, SMSR)的變化,以及訊號雜訊之分析。模擬的結果顯示:在入射鎖模法布里-珀羅雷射二極體之SMSR為25dB及頻率失諧度為30GHz的要求下,再生光源、直調光源及明滅比(Extinction Ratio)提升光源對連續波光源之注入光功率比約為2.83倍。此外,在SMSR為25dB及注入光功率為0.1mW的要求下,連續波光源與其他同調光源在頻率失諧度之差距上有10GHz。連續波光源除外,在再生光源、直調光源及明滅比提升光源當中,又以明滅比提升光源較具優勢,無論在入射鎖模後主模之頻率偏移量以及雜訊方面都是最小的。然而,增幅自發放射(Amplified Spontaneous Emission)光源在討論的光源中,其入射鎖模的效能是最差的。
英文摘要 The latest development in passive optical network systems is evolving toward higher data rates and long-reach transmission distances, where wavelength-division-multiplexed passive optical networks (WDM-PONs) can be very attractive solutions. In order to reduce the cost of WDM-PON systems, many WDM-PON architectures with colorless light sources were proposed. An injection-locked Fabry-Perot laser diode (FP-LD) is a widespread colorless light source to be utilized at an optical network unit.
Thus in this thesis we simulated different light sources for injection-locking of FP-LDs and discussed the characteristics such as injected optical power, frequency detune, side-mode suppression ratio (SMSR) and noise. The simulated results indicate that the injected optical power ratio of reusable light source, directly modulated light source and extinction-ratio-enhanced signal light source to continuous-wave light source is about 2.83 at the requirements of 25-dB SMSR and 30-GHz frequency detune. Additionally, the difference in frequency detune between continuous-wave light source and other coherent light sources there is 10GHz at the requirements of 25-dB SMSR and 0.1-mW injected optical power. Excluding continuous-wave light source, the extinction-ratio-enhanced signal light source has the best tolerance of frequency drift and noise compared with reusable light source and directly modulated light source. However, the amplified-spontaneous-emission light source has the worst performance of injection locking among the discussed light sources.
論文目次 目錄
第一章 簡介 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 8
1.3 論文架構 10
第二章 VPI及模擬之關鍵元件介紹 11
2.1 光通訊系統模擬軟體VPI簡介 11
2.2 關鍵元件介紹 13
2.2.1 法布里-珀羅雷射二極體(FP-LD) 13
2.2.2 分佈反饋雷射二極體(DFB-LD) 16
2.2.3 法布里-珀羅濾波器(FP-Filter) 19
第三章 法布里-珀羅雷射二極體入射鎖模原理與先前技術 21
3.1 原理介紹 21
3.2 先前技術 22
第四章 不同光源於法布里-珀羅雷射二極體入射鎖模之模擬結果 27
4.1 連續波光源於FP-LD入射鎖模之模擬結果 28
4.2 再生光源於FP-LD入射鎖模之模擬結果 32
4.3 直調光源於FP-LD入射鎖模之模擬結果 37
4.4 明滅比提升光源於FP-LD入射鎖模之模擬結果 43
4.5 增幅自發放射光源於FP-LD入射鎖模之模擬結果 49
4.6 不同光源於FP-LD入射鎖模之訊號品質分析 57
第五章 結論與未來研究方向 61
5.1 結論 61
5.2 未來研究方向 63
參考文獻 64

圖目錄
圖1.1 EPON光網路架構圖.....................................3
圖1.2 WDM系統示意圖........................................4
圖1.3 WDM技術在光存取網路中的演進..........................5
圖1.4 WDM架構中雙條光纖或單條光纖之設置,(a)、(b)上下傳分開路徑,(c)、(d)上下傳分開波長,(e)特殊需求..................6
圖2.1 Sample Mode運算順序之示意圖.........................12
圖2.2 Block Mode運算順序之示意圖..........................12
圖2.3法布里-珀羅共振腔之基本特性..........................15
圖2.4法布里-珀羅雷射之輸出光頻譜..........................15
圖2.5雷射二極體的增益與損失曲線...........................16
圖2.6單模態雷射二極體結構.................................17
圖2.7 DFB-LD之輸出光頻譜圖................................18
圖2.8光入射法布里-珀羅濾波器示意圖........................19
圖2.9法布里-珀羅濾波器之透射頻譜..........................20
圖3.1 FP-LD入射鎖模示意圖.................................22
圖3.2入射鎖模技術的應用I..................................23
圖3.3入射鎖模技術的應用II.................................24
圖3.4 入射鎖模技術的應用III...............................25
圖3.5 旁模抑制比與注入增幅自發放射光功率之關係............25
圖3.6 固定總光功率之下不同寬度光源的頻譜..................26
圖3.7入射鎖模技術的應用IV.................................26
圖4.1失諧之示意圖.........................................27
圖4.2 模擬連續波光源於FP-LD入射鎖模之架構圖...............28
圖4.3 L-I曲線(a)DFB-LD (b)FP-LD...........................29
圖4.4 FP-LD之光頻譜.......................................30
圖4.5 DFB-LD之光頻譜......................................30圖4.6旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz, 60GHz)....31
圖4.7連續波光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜....................32
圖4.8模擬再生光源於FP-LD入射鎖模之架構圖..................33
圖4.9資料抹除眼形圖.......................................33
圖4.10資料抹除光頻譜......................................34
圖4.11旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz)..........35
圖4.12旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=60GHz)..........36
圖4.13再生光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜.....................36
圖4.14連續波光源及再生光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜.........37
圖4.15模擬直調光源於FP-LD入射鎖模之架構圖.................38
圖4.16原始光明滅比為4dB入射光之頻譜.......................38
圖4.17旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz)..........39
圖4.18旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=60GHz)..........40
圖4.19 直調光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜....................41
圖4.20 連續波光源、再生光源及直調光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜........................................................42
圖4.21模擬明滅比提升光源於FP-LD入射鎖模之架構圖...........44
圖4.22明滅比提升光頻譜....................................44
圖4.23明滅比提升眼形圖....................................45
圖4.24旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz)..........45
圖4.25旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=60GHz)..........46
圖4.26 明滅比提升光源於FP-LD入射鎖模之光頻譜..............48
圖4.27 連續波光源、再生光源、直調光源及明滅比提升光源於FP-LD入射鎖模光頻譜............................................48
圖4.28模擬增幅自發放射光源於FP-LD入射鎖模之架構圖.........50
圖4.29增幅自發放射光源之光頻譜圖..........................50
圖4.30旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz)..........51
圖4.31 WRC-FPLD之L-I曲線..................................52
圖4.32 WRC-FPLD之光頻譜圖.................................52
圖4.33旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz, 60GHz)...53
圖4.34增幅自發放射光源於WRC-FPLD入射鎖模之光頻譜..........54
圖4.35增幅自發放射光源於WRC-FPLD入射鎖模之光頻譜..........55
圖4.36旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=30GHz)..........56
圖4.37旁模抑制比與注入光功率之關係(Detune=60GHz)..........56
圖4.38入射鎖模法布里-珀羅雷射二極體之輸出光訊號圖(對準Deep).....................................................58
圖4.39入射鎖模法布里-珀羅雷射二極體之輸出光訊號圖(對準Bit 1)........................................................59
圖4.40入射鎖模法布里-珀羅雷射二極體之輸出光訊號圖(對準Bit 0)........................................................60
圖5.1 未來研究方向之架構圖................................63

表目錄
表4.1 失諧為30GHz下連續波光源、再生光源及直調光源所需的注入光功率大小與比值..........................................40
表4.2 失諧為30GHz下連續波光源、再生光源、直調光源及明滅比提升光源所需的注入光功率大小與比值..........................47
表5.1 模擬結果重要數值之列表(SMSR=25 dB, Freq. Detune=30GHz).............................................61


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