系統識別號 | U0002-2208201111393500 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2011.00813 |
論文名稱(中文) | 不同光源於法布里-珀羅雷射二極體入射鎖模之研究 |
論文名稱(英文) | Study on Various Light Sources for Injection-Locking of Fabry-Perot Laser Diodes |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 電機工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Electrical and Computer Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 99 |
學期 | 2 |
出版年 | 100 |
研究生(中文) | 李鴻興 |
研究生(英文) | Hong-Sing Lee |
學號 | 698440160 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
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 |
關鍵字(中) |
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 |
關鍵字(英) |
Injection-Locking Fabry-Perot Laser Diode Reusable Light Source Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network (WDM-PON) |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
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. |
第三語言摘要 | |
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 |
參考文獻 |
[1]K.-D. Langer, J. Vathke, K. Habel, and C. Arellano, “Recent Developments in WDM-PON Technology,” ICTON, Mo.B1.2, 2006. [2]李揚漢, 許立根, 譚昌文, 洪鴻文, 曹士林, “光纖通信網路”, 五南圖書出版股份有限公司, Jul. 2007. [3]http://www.virtualphotonics.com/TMWDM.php [4]http://www.virtualphotonics.com/CMActivePhotonics.php [5]W.F. Hoefer, “The Transmission-Line Matrix Method – Theory and Applications,” IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-33 (10), Oct. 1985. [6]原榮, “光纖通訊系統”, 新文京開發出版股份有限公司, Aug. 2004. [7]G. Keiser, Optical Fiber Communications, Chapter 4, McGRAW-HILL pp. 177-183, 2000. [8]L. Xu, W.H. Chung, L.F.K. Lui, P.K.A. Wai, and H.Y. Tam, “Simultaneous All-optical Waveform Reshaping of Two 10Gb/s Signals Using a Single Injection-locked Fabry-Perot Laser Diode,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 16, no. 6, pp. 1537-1539, Jun. 2004. [9]H. D. Kim, S.-G. Kang, and C.-H. Lee, “A Low-Cost WDM Source with an ASE Injected Fabry-Perot Semiconductor Laser,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 12, no. 8, Aug. 2001. [10]G. R. Lin, T. K. Cheng, Yi. H. Lin, G. C. Lin, H. L. Wang, “A Weak-Resonant-Cavity Fabry–Perot Laser Diode With Injection-Locking Mode Number-Dependent Transmission and Noise Performances,” IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 28, no. 9, pp. 1349 – 1355, May. 2010. [11]Z. Xu, Y.J. Wen, W.D. Zhong, C.J. Chae, X.F. Cheng, Y. Wang, C. Lu, and J. Shankar, “High-speed WDM-PON Using CW Injection-locked Fabry-Perot Laser Diodes,” Optics Express, vol. 15, no. 6, pp.2953-2962, Mar. 2007. [12]W. H. Chung, H. Y. Tam, L. Y. Chan and P. K. A. Wai, “Transmission Performance Improvement of Fiber DFB Laser by Injection Locking,” CLEO, CTh036, P. 529-530, 2002. [13]X. Cheng, Y. J. Wen, Z. Xu, Y. Wang, J. Ng, J. Shankar, W. Gu, J. Zhang, “Study on Spectrum Sliced ASE Source for Injection-locking of Fabry-Perot Laser Diodes,” ICCS 2006, Oct 30, pp. 1–5. [14]A. Shen, A. Akrout, F. Lelarge, F. Pommereau, F. Poingt, A. Accard, A. Ramdane, G-H. Duan, “Injection Locked Fabry-Perot Laser Diode for 10 Gbps WDM Access Network Applications,” ACP 2009, Nov. 2, pp. FJ3. [15]Z. Xu, Y. J. Wen, W.-D. Zhong, T. H. Cheng, X. Cheng, Y. Wang, and Y.-K. Yeo, “10-Gb/s Carrier-reuse WDM-PON Based on Injection Locked FP-LDs,” in Proc. Opto-Electon. Commun. Conf. (OECC 2008), Jul. 7–10, pp. 1–2. [16]林伊凡, “光明滅比提昇與資料抹除技術之研究,” 碩士論文, 淡江大學電機工程學研究所, 民國98年. [17]謝廷霖, “基於反射式半導體光放大器的分波多工被動光網路設計,” 碩士論文, 淡江大學電機工程學研究所, 民國98年. |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信