Four-wave mixing(FWM) is one of the most important nonlinear processes which limit the wavelength-division-multiplexed(WDM) system's performance. This is because the FWM process generates new signals at the channel frequencies by interacting among the input signals through the third-order susceptibility of the optical fiber. The newly generated signals degrade the system's performance via crosstalk. The impacts of FWM have been studied extensively for the WDM systems using coherent laser sources.
Recently, the spectrum-sliced fiber amplifier light source was proposed for the use as cost-effective alternative to multiple number of wavelength-selected distributed feedback lasers in WDM systems. In this light sources, the high-power amplified spontaneous emission from an erbium-doped fiber amplifier is spectrum-sliced into many channels using an integrated-optic WDM demultiplexer. Unlike laser sources, this light source is broadband and incoherent. Thus, the FWM mechanism of this light source is expected quite different from coherent laser sources.
In this dissertation, we investigate the physical characteristics of the spectrum-sliced light source. This incoherent light could be modeled as a sum of numerous independent frequency components. Thus, the FWM signals are mostly generated by nondegenerate FWM process, while the coherent laser sources generate the FWM signals by degenerate and/or nondegenerate FWM processes depending on the number of input signals. We compare the FWM efficiency of spectrum-sliced light sources with that of coherent laser sources theoretically and experimentally. The results show that, when two input signals are used, the FWM efficiency of incoherent light is about 3-dB higher than that of coherent light. However, when three input signals are launched into an optical fiber, the FWM efficiencies of both coherent and incoherent light are measured to be almost identical.
We also observe that, even when only one signal is launched, the output spectrum of spectrum-sliced light becomes broadened by FWM. This result confirms that spectrum-sliced light is composed of numerous independent frequency components. Using this effect, we demonstrate a simple method to measure the average zero-dispersion wavelength.
We investigate the effects of FWM-induced crosstalk in a WDM system using the spectrum-sliced light source. The spectrum-sliced light source should have relatively broad optical bandwidth to obtain the signal-to-noise ratio required for the acceptable bit-error-rate performance. Thus, the FWM-induced crosstalk could be reduced significantly as the beat components become spread outside of the receiver's bandwidth. From these results, it is confirmed that spectrum-sliced light sources are relatively insensitive to the FWM-induced crosstalk compared to coherent laser sources.
4-광파 혼합은 파장 분할 다중 시스템의 성능을 저하시키는 주요 비선형 현상들 중의 하나이다. 입력 채널위에 발생된 4-광파 혼합광은 기존의 입력 신호 채널들과 누화를 일으켜 시스템의 성능을 저하시키게 된다. 이러한 4-광파 혼합광의 영향은 가간섭성의 레이저 광원을 사용한 파장 분할 다중 시스템에서 많이 연구되어 왔다. 최근에는 파장 선택된 여러 레이저 다이오드 광원을 사용하는 대신, 경제적인 스펙트럼 분할 방식 광섬유 증폭기 광원이 파장 분할 다중 시스템의 광원으로 새로이 제안되었다. 이 광원은 에르븀이 첨가된 광섬유 증폭기에서 나오는 고출력의 자연방출광을 광역다중화기등을 사용하여 여러 채널도 스펙트럼 분할하여 각 채널의 광원으로 사용하는 것이다. 레이저 광원과는 달리, 이 광원은 넓은 대역폭의 비간섭성광이다. 그러므로, 이 광원의 4-광파 혼합 특성은 기존의 가간섭성 레이저 광원과는 다를것으로 예상된다. 본 논문에서는 스펙트럼 분할 광원의 물리적 특성을 조사하고 이를 바탕으로 이 광원의 4-광파 혼합 효율을 조사하였다. 이 비간섭성의 광은 독립적인 여러 주파수 성분들로 정의될 수 있다. 그러므로, 이 광원의 4-광파 혼합℃o} 대부분이 비축퇴 과정에 의해 발생된다. 반면, 가간섭성의 광은 입력수에 따라 축퇴 또는 비축퇴 과정에 의해 4-광파 혼합광이 발생된다. 스펙트럼 분할 광원의 4-광파 혼합 효과는 기존 레이저 광원의 경우와 이론적, 실험적으로 비교되었다. 2개의 입력광이 혼합된 경우에는 스펙트럼 분할 광원이 레이저 다이오드 광원보다 약 3-dB 더 큰 효율을 갖지만, 3개의 입력광이 혼합된 경우에는 두광원 모두 비슷한 혼합 효율을 갖는다. 한 개의 스펙트럼 분할 광원이 광섬유에 인가되면, 출력 스펙트럼은 4-광파 혼합에 의해 확장된다. 이것으로부터 스펙트럼 분할 광원이 여러 독립적인 주파수 성분들로 구성되어 있음을 확인할 수 있다. 이 효과를 사용하여 광섬유의 평균 영분산 파장을 간단히 측정할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한, 스펙트럼 분할 광원을 사용한 파장 분할 다중 시스템에서 4-광파에 의한 누화의 영향을 조사하였다. 스펙트럼 분할 광원은 요구되는 비트에러율에 맞는 신호대잡음비를 얻기 위해 상대적으로 넓은 광대역폭을 가지게 된다. 따라서, 4-광파 혼합의 누화로 인한 비트 잡음 성분들이 수신단의 대역폭 밖으로 퍼져 있으므로 그 영향이 훨씬 감소하게 된다. 이 결과에서, 스펙트럼 분할 광원은 가간섭성의 레이저 다이오드 광원에 비해 4-광파 혼합에 의한 누화의 영향이 적다는것을 알 수 있다.
