光纖雷射於電吸收調變波長轉換之研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	林惟揚 Wei-yang Lin
論文名稱：	光纖雷射於電吸收調變波長轉換之研究 A Study of the Wavelength Conversion Using Electro-absorption Modulator and Optical Fiber Laser
指導教授：	劉政光 Cheng-kuang Liu
口試委員:	李三良 San-liang Lee 葉秉慧 Yeh-ping Hui 賴富順 Fu-shun Lai
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	74
中文關鍵詞：	光纖雷射、電吸收調變器、波長轉換、全光網路、交叉吸收調變
外文關鍵詞：	fiber laser, electro-absorption modulator, wavelength conversion, all optical network, cross absorption modulation
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本論文利用10Gbps電吸收調變器探討光纖雷射於波長轉換之特性與應用。內容主要包含運用到的物理機制、電吸收調變器特性與波長轉換特性的量測分析，以及自製光纖雷射光源的架構，並利用波長轉換結果比較可調式光纖雷射與可調式半導體雷射，並分析產生差異的原因。
首先，以實驗探討外加偏壓與幫浦功率對元件特性影響等靜態的量測，接著利用兩種不同光源於探針光源分別進行波長轉換，並探討轉換後所量測的眼形圖特性與誤碼率特性，最後再將兩種結果拿來作比較，歸納出自製雷射光源的優缺點。
使用自製光纖雷射於探針光源進行波長轉換，其轉換範圍可達20nm，約為此電吸收調變器可操作範圍的66%，熄滅比最高可達5.07dB，抖動最低達21.91ps，Q值最高達10.58，功率補償量最低僅需3.25dB，以上結果顯示自製光纖雷射已突破傳統光纖雷射應用上限制的圍籬，將有機會更進ㄧ步躍升於全光網路的應用中。

In this thesis, we demonstrate all-optical wavelength conversion using the electro-absorption modulator at 10Gbps and the optical fiber laser in wavelength conversion. The topics include the physical mechanism and characteristics of electro-absorption modulator, wavelength conversion, and make the special structure of the fiber laser source. Furthermore, we compare Tunable Semiconductor Laser Source(TSLS) with Tunable Fiber Laser Source(TFLS) on wavelength conversion and analyze the causes of the differences.
At first, measurements of the static state were carried out by varying the parameters of EA modulator such as bias voltage and optical pumping power. We carry out the wavelength conversion by using two different light sources each as the probe light source and study their characteristics of the eye diagrams and BER and sum up the advantages and the faults of TFLS.
The range of wavelength conversion is 20nm, the highest ER is 5.07dB, the lowest jitter is -22ps, the highest Q value is 10.58 and the lowest power penalty is 3.25dB, when self-making fiber laser is as probe light source in the wavelength conversion. We get a result that the Self-making fiber laser has broken the limit of the application in the traditions of the fiber lasers and expect that it will be used in the all-optical network.

摘要……………………………………………………………………..Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………Ⅱ
誌謝……………………………………………………………………..Ⅲ
目錄……………………………………………………………………..Ⅳ
圖目錄…………………………………………………………………..Ⅶ
表目錄…………………………………………………………………..Ⅹ
第一章	導論………………………………………………………... 1
    1.1前言................................................1
    1.2研究動機……………………………………………………....2
    1.3波長轉換技術…………………………………………………..3
       1.3.1光電光波長轉換.................................3
       1.3.2同調效應之波長轉換技術.........................4
       1.3.3交叉調變波長轉換技術...........................6
          1.3.3.1半導體光放大器之交叉增益調變波長轉換……….7
          1.3.3.2半導體光放大器之交叉相位調變波長轉換…….…7
    1.4論文架構…………………………………………….…………..9
第二章 基本理論……………………………………………………..…10
    2.1電光效應…………………………………………….……….…10
      2.1.1波克電光效應………………….…….……...……………11
      2.1.2克爾電光效應……………………………….......………12
   2.2半導體之光吸收現象……………………………….…………..14
      2.2.1直接變遷吸收…………………………………………......15
      2.2.2間接變遷吸收…………………………………...………...16
      2.2.3激子吸收..……………………….………………...………17
      2.2.4自由載子吸收……………………………………...……...19
      2.2.5載子填滿能帶效應…………………………………...…...19
   2.3電吸收效應………………………………………….…………..21
      2.3.1量子井中的吸收特性……………………………………..21
      2.3.2量子侷限史塔克效應……………………………………..22
   2.4電吸收調變波長轉換…………………………………………...23
      2.4.1電吸收調變器之吸收……………………………………..24
      2.4.2交叉吸收飽和……………………………………………..24
      2.4.3波長轉換的架構…………………………………………..25
第三章 電吸收調變器元件之特性…………………………….………27
    3.1電吸收調變器基本特性...............................27
    3.2不同偏壓的影響………………………………….……………29
    3.3不同溫度的影響………………………………….……………33
    3.4不同光強度的影響………………………….…………………34
    3.5電吸收調變器之調變量測………….…...…………..…...36
第四章 可調式光纖雷射與可調式半導體雷射
        電吸收調變器之波長轉換………………..…………………40
    4.1可調式半導體雷射於探針光源
        之交叉吸收調變波長轉換………………………..........40
       4.1.1波長轉換靜態量測..............................40
       4.1.2波長轉換動態量測..............................43
    4.2可調式光纖雷射之架構與特性.........................49
    4.3可調式光纖雷射於探針光源之交叉吸收調變波長轉換.....52
       4.3.1波長轉換靜態量測..............................52
       4.3.2波長轉換動態量測..............................54
    4.4比較可調式半導體雷射與可調式光纖雷射運用
於波長轉換之探針光源的差異…..………………..………59
第五章 結論……………………………………………………………64
    5.1結果與討論…………………………………………………….64
       5.1.1可調式半導體雷射於探針光源之
            交叉吸收調變波長轉換……………………………..…64
       5.1.2可調式光纖雷射之研製與基本特性……………....……65
       5.1.3可調式光纖雷射於探針光源之
            交叉吸收調變波長轉換………………………………..66
       5.1.4兩種光源於探針光源
            交叉吸收調變波長轉換之特性比較…………………..67
    5.2未來研究方向………………………………………………….67
參考文獻………………………………………………………………..69
作者簡介………………………………………………………………..71

圖目錄
圖1-1波長轉換功能之網路節點……………………………………….2
圖1-2光電光波長轉換方塊圖………………………………………….4
圖1-3利用非線性同調效應之波長轉換……………………………….5
圖1-4(a)Co-propagation………………………………..……………7
圖1-4(b)Counter- propagation………………….……...…………7
圖1-5(a)非對稱性結構…………………………………………………8
圖1-5(b)對稱性結構……………………………………………………8
圖2-1(a)直接變遷吸收…………………………………………………15
圖2-1(b)間接變遷吸收…………………………………………………15
圖2-2(a)激子示意圖…………………………………………...…….18
圖2-2(b)氫原子模型……………………………………………………18
圖2-3右圖電子電洞分別填滿導電帶與價電帶…….………………..20
圖2-4典型多量子井結構之能帶示意圖………………………………22
圖2-5(a)沒有電場作用下，量子井內的光吸收………………………23
圖2-5(b)外加電場作用下，量子井內的光吸收………………………23
圖2-6電吸收調變器內交叉吸收飽和效應的說明……………………25
圖2-7電吸收調變器波長轉換架構圖..........................26
圖3-1電吸收調變器之基本結構………………………………………28
圖3-2不同偏壓下相對吸收損耗與波長的關係………………………30
圖3-3相對吸收損耗與波長關係圖……………………………………31
圖3-4波長為1557.36nm之偏壓與吸收損耗關係圖…………………32
圖3-5激子吸收隨溫度的變化圖………………………………………33
圖3-6不同溫度下吸收損耗與偏壓關係圖……………………………34
圖3-7注入不同光功率下吸收損耗與偏壓關係圖……………………35
圖3-8波長在1557.36nm且注入光強度在10dBm
      之吸收損耗與偏壓關係圖…………………………………….36
圖3-9不同偏壓下電吸收調變器之調變眼形圖………………………37
圖3-10不同偏壓下的熄滅比特性……………………….……………38
圖3-11不同偏壓下的上升時間特性…………………….…….………39
圖3-12不同偏壓下的下降時間特性……………………………..……39
圖4-1交叉吸收調變波長轉換靜態量測架構圖-TSLS..……………...40
圖4-2(a)不同偏壓下波長轉換之探針光穿透特性-TSLS…..………..42
圖4-2(b)電吸收調變器波長轉換之輸出光譜圖...................42
圖4-3交叉吸收調變波長轉換動態量測架構圖-TSLS…….…………43
圖4-4波長轉換前後之眼形圖-TSLS……………………….…………45
圖4-5不同探針光波長下熄滅比的特性-TSLS………………….……46
圖4-6不同探針光波長下Q值的特性-TSLS…………………….……47
圖4-7誤碼率之量測圖-TSLS…………………………………….……48
圖4-8可調式光纖雷射的基本架構圖..........................50
圖4-9(a)一般環形光纖雷射之頻譜圖……………………..…………50
圖4-9(b)可調式光纖雷射之頻譜圖……………………………..……50
圖4-10可調式光纖雷射輸出之光譜圖..........................51
圖4-11可調式光纖雷射利用電光調變器外部調變之眼形圖........52
圖4-12交叉吸收調變波長轉換靜態量測架構圖-TFLS……………...53
圖4-13不同偏壓下波長轉換之探針光穿透特性-TFLS……………...53
圖4-14交叉吸收調變波長轉換動態量測架構圖-TFLS……………...54
圖4-15波長轉換前後之眼形圖-TFLS………………………………...55
圖4-16(a)不同探針光波長下熄滅比的特性-TFLS…………………..57
圖4-16(b)不同探針光波長下Q值的特性-TFLS……………………...57
圖4-17誤碼率之量測圖-TFLS………………………………………...58
圖4-18利用不同探針光源之熄滅比差異圖……..……………………59
圖4-19利用不同探針光源之Q值差異圖…………..…………………60
圖4-20可調式光纖雷射經過摻鉺光纖放大器
       及光衰減器後之輸出光譜圖…………………………………62

表目錄
表3-1電吸收調變器之基本特性……………………………………..28
表3-2電吸收調變器各項極限參數值…………………………………29
表3-3不同偏壓下的眼形圖特性………………………………………38
表4-1轉換至不同波長之眼形圖特性-TSLS………………………….45
表4-2以不同波長轉換後的功率補償量-TSLS……………………….48
表4-3轉換至不同波長之眼形圖特性-TFLS………………………….56
表4-4以不同波長轉換後的功率補償量-TFLS……………………….58
表4-5利用不同探針光源波長轉換之眼圖特性………………………60
表4-6利用不同探針光源波長轉換之功率補償量……………………61

                                

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全文公開日期 2012/07/24 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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