For the explosive growth of data traffic, there have been substantial efforts to increase the capacity of optical network by increasing the bit rate per channel ($\gt40 Gb/s$) and reducing the channel spacing. In such a ultrahigh-speed optical network, the quality of the optical signal can be severely deteriorated by the linear and nonlinear impairments occurred during the fiber transmission. However, it is very difficult to monitor the signal’s quality and mitigate these impairments by using the conventional technologies based on the electronics (due to the limited speed of the electronic components). This dissertation has attempted to solve this problem by utilizing the extremely fast four-wave mixing (FWM) mechanism. For example, it has proposed and demonstrated various types of FWM-based techniques for compensating the distortions and monitoring the signal’s performance in the ultrahigh-speed optical network.
Fiber-based optical phase conjugation (OPC) is one of the representative FWM-based techniques to compensate the signal’s distortions due to the fiber impairments such as chromatic dispersion (CD) and single phase modulation (SPM). The distortions can be mitigated by placing only one fiber-based OPC module in the middle of the transmission link. For the use of the fiber-based OPC in WDM systems, it would be necessary to develop a fiber-based OPC module with high efficiency and wide bandwidth. In order to optimize the performance of the fiber-based OPC, this dissertation has investigated the effect of fiber characteristic on the efficiency and bandwidth of fiber-based OPC. However, its bandwidth is very dependent on the difference between the zero-dispersion wavelength ($\lambda_0$) of optical fiber and pump wavelength. In addition, it has been reported that $\lambda_0$ is sensitive to temperature. As a result, its bandwidth can be varied due to the temperature changes. This dissertation has investigated the effects of temperature variation on the efficiency and bandwidth of the fiber-based OPC module and proposed the temperature-independent fiber-based OPC. For the utilization of the fiber-based OPC in the ultra-high speed optical network, it is necessary to improve its performance. Among many solutions, Raman-assisted fiber-based OPC is very representative method because it is easy to control the efficiency and bandwidth of the fiber-based OPC by controlling the power and wavelength of the Raman pump utilized in Raman-assisted fiber-based OPC. However, the stimulated Brillouin scattering (SBS), which is one of the important parameters for designing the fiber-based OPC, has never been researched in the Raman-assisted fiber-based OPC. This dissertation has investigated the effect of Raman amplification on the SBS in the fiber-based OPC.
In the ultra-high speed optical network, FWM can be one of the most crucial limiting factors because of the narrow channel spacing in the WDM signals. Thus, there have been some attempts to overcome this limitation by placing an optical phase conjugation (OPC) module in the middle of the transmission link. However, this method requires symmetrical distributions of the optical power and fiber dispersion before and after the OPC module, which is nearly impossible to realize in practice. This dissertation has proposed and demonstrated a novel FWM compensator made of a highly nonlinear fiber and a pump laser by utilizing another FWM. This technique utilizes the additional $\pi/2$ phase delay occurring in every FWM process. Thus, the FWM components generated in the transmission fiber can be cancelled out by the FWM components generated within the FWM compensator. This dissertation has experimentally confirmed that the proposed technique could effectively suppress the FWM crosstalk generated in the transmission fiber and improve the system’s performance.
In the ultra-high speed optical network, the lightpath of the optical signal would be dynamically reconfigured for the efficient operation of optical network. The reconfiguration can change CD, polarization mode dispersion (PMD) and optical signal to noise ratio (OSNR) of each channel, which, in turn, would deteriorate the optical signals’ performance. In addition, the CD and PMD can also be changed due to the variation of ambient temperature. Thus, there have been many efforts to monitor these parameters accurately for the reliability of the optical network. However, it is very difficult to apply the conventional monitoring technique for the ultra-high speed optical network due to the limited speed of the electronic components. This dissertation has proposed the novel monitoring techniques based on fast FWM. First, it has proposed and demonstrated a polarization-insensitive dispersion monitoring technique based on the FWM in a semiconductor optical amplifier (SOA). To remove the polarization sensitiveness, the filtered ASE is utilized as pump light. Second, this dissertation has proposed and demonstrated a simple technique for monitoring the OSNR and PMD simultaneously by using the FWM process in a semiconductor amplifier. By utilizing an incoherent ASE source as a pump, we could monitor the ‘in-band’ noise by measuring the spectral broadening of the idler signal generated by the FWM process between the incoherent ASE noise and the incoherent pump light. The PMD is estimated by measuring the power of the idler signal since it is dependent on the DOP.
In the ultra-high speed optical network, the narrow channel spacing and high operating speed of the signals can make cross phase modulation (XPM) to be main limiting factor. Especially, in the hybrid system, the performance of the multi-level signals can be highly susceptible to the XPM from neighboring NRZ channels. (The hybrid system is designed to insert several ultra-high speed ($\gt40-Gb/s$) channels into infrastructures originally designed for nonreturn-to-zero (NRZ) channels at 10 Gb/s with 50-GHz wavelength slots.) However, it is very difficult to overcome the problems, because the XPM is affected by the signals’ polarization and are not deterministic. In this dissertation, the channel power controlling has been proposed to suppress the XPM in the hybrid system. By decreasing the powers of 10-Gb/s NRZ signals, the performance of high speed multi-level signal could be improved.
In a future optical network using the WDM technology, the ultra-high speed operation of each channel ($\gt40 Gb/s$) and the utilization of narrow channel spacing could severely deteriorate the performance of the optical network due to CD, PMD, and fiber nonlinearities such as XPM and FWM. However, it is difficult to monitor the signal’s quality and compensate the signal distortion for the efficient operation of the optical network by utilizing the conventional techniques because the operating speed of the electrical components utilized in the conventional ones is limited. This dissertation has proposed to solve the problems by utilizing the extremely fast FWM.
인터넷과 같은 데이터 전송량의 폭발적 증가는 WDM 시스템에서 채널당 전송속도를 증가해서 광학적인 네트워크의 수용량을 증가하는 실질적 노력이 계속 있다; 40 Gb/s)와 채널 간격을 감소시키기. 그런 ultrahigh-speed 광학적인 네트워크에서는, 광 신호의 질은 선형에 의해 가혹하게 악화될 수 있고 비선형 손상은 섬유 전송 도중 생겼다. 그러나, 신호 품질을 감시하고 (전자 부품의 한정된 속도 때문에) 전자공학에 근거를 둔 전통적인 기술을 사용해서 이 손상을 감형하는 것은 아주 어렵다. 이 논문은 4 물결친다 섞는 (FWM) 기계장치를 극단적으로 빨랐던 것 이용해서 이 문제를 해결하는 것을 시도했다. 예를 들면, 그것은 찡그림을 보상하고 ultrahigh-speed 광학적인 네트워크에 있는 신호의 성과 감시하기를 위한 FWM 근거한 기술의 설명한 각종 유형 제시하고.
파이버기반 광학적인 단계 활용 (OPC)는 (CD) 색채 분산 및 단일 위상 조음 (SPM)와 같은 섬유 손상 때문에 신호의 찡그림을 보상하는 대표적인 FWM 근거한 기술의 한개 이다. 찡그림은 전송 연결의 한가운데에 단지 1개의 파이버기반 OPC 단위만 두어서 감형될 수 있다. WDM 체계에 있는 파이버기반 OPC의 사용을 위해, 고능률 및 넓은 대역폭을 가진 파이버기반 OPC 단위를 발육시키는 것이 필요할. 파이버기반 OPC의 성과를 낙관하기 위하여는, 이 논문은 독특했던 파이버기반 OPC의 효율성 그리고 대역폭에 대한 섬유의 효력을 조사했다. 그러나, 그것의 대역폭은 광섬유와 펌프 파장의 0 분산 파장 (0) 사이 다름 아주 에 의지하고 있다. 더하여 이 온도에 과민하다는 것은, 보고되었다. 그 결과로, 그것의 대역폭은 온도 변화 변화한 때문인다 할 수 있다. 이 논문은 파이버기반 OPC 단위의 효율성 그리고 대역폭에 대한 온도 변이의 효력을 조사하고 온도 독립적인 파이버기반 OPC를 제시했다. 극초단파 속도 광학적인 네트워크에 있는 파이버기반 OPC의 이용을 위해, 그것의 성과를 개량하는 것이 필요하다. 많은 해결책 사이에서, 라만 원조한 파이버기반 OPC는 라만 원조하기 파이버기반 OPC에서 이용되기 라만 펌프의 힘 그리고 파장을 통제해서 파이버기반 OPC의 효율성 그리고 대역폭을 통제하기 것은 쉽기 때문에 아주 대표적인 방법이다. 그러나, 뿌려 자극된 Brillouin는 라만 원조된 파이버기반 OPC에서 (SBS), 파이버기반 OPC 디자인을 위한 중요한 매개변수의 한개인, 결코 연구되지 않았다 것은. 이 논문은 파이버기반 OPC에 있는 SBS에 대한 라만 확대의 효력을 조사했다. 극초단파 속도 광학적인 네트워크에서는, FWM는 WDM 신호에 있는 좁은 채널 간격 때문에 결정적인 제한 요인의 한개일 수 있다. 따라서, 전송 연결의 한가운데에 광학적인 단계 활용 (OPC) 단위를 두어서 이 제한을 극복하는 몇몇 시도가 계속 있다. 그러나, 이 방법은 실제로는 깨닫기 거의 불가능한 OPC 단위 전후에 광학적인 힘과 섬유 분산의 대칭 배급을 요구한다. 이 논문은 다른 FWM를 이용해서 높게 비선형 섬유 및 펌프 레이저의 한 소설 FWM 보정장치를 제시하고 설명했다. 이 기술은 각 FWM 과정에서 일어나는 추가 2단계 지연을 이용한다. 따라서, 전송 섬유에서 생성된 FWM 분대는 FWM 보정장치 안에서 생성된 FWM 분대에 의해 삭제될 수 있다. 이 논문은 실험적으로 제시한 기술이 효과적으로 전송 섬유에서 생성된 FWM 누화를 억압하고 시스템 성능을 개량할 수 있었다는 것을 확인했다. 극초단파 속도 광학적인 네트워크에서는, 광 신호의 lightpath는 광학적인 네트워크의 능률적인 가동을 위해 역동적으로 재구성될 것입니다. 재구성은 CD, 분극 형태 분산 (PMD)를 바꿀 수 있다와, 차례차례로, 광 신호의 성과를 악화할 각 수로의 광학적인 잡음 대 신호 비율 (OSNR). 더하여, CD 및 PMD는 또한 주위 온도의 변이 바뀐 때문인다 할 수 있다. 따라서, 광학적인 네트워크의 신뢰도를 위해 이 매개변수를 정확하게 감시하는 많은 노력이 계속 있다. 그러나, 전자 부품의 한정된 속도 때문에 극초단파 속도 광학적인 네트워크를 위한 전통적인 감시 기술을 적용하는 것은 아주 어렵다.이 논문은 빠른 FWM에 근거를 둔 비발한 감시 기술을 제시했다. 첫째로, 그것은 반도체 광학적인 증폭기 (SOA)에 있는 FWM에 근거를 둔 분극 무신경한 분산 감시 기술을 제시하고 설명했다. 분극 sensitiveness를 제거하기 위하여는, 걸러진 ASE는 펌프 빛으로 이용된다. 둘째로, 이 논문은 반도체 증폭기에 있는 FWM 과정을 사용해서 OSNR 및 PMD 동시에 감시를 위한 간단한 기술을 제시하고 설명했다. 펌프로 모순되는 ASE 근원을 이용해서, 우리는 모순되는 ASE 소음과 모순되는 펌프 빛 사이 FWM 과정에 의해 생성된 유휴 신호의 괴기한 확장을 측정해서 소음에서 band` `를 감시할 수 있었다. PMD는 유휴 신호의 힘을 측정해서 DOP 에 의지하고 있기 때문에 견적된다.극초단파 속도 광학적인 네트워크에서는, 신호의 좁은 채널 간격 그리고 높은 운영 속도는 주요 제한 요인이기 위하여 교차하는 위상 변조 (XPM)를 만들 수 있다. 특히, 혼성 시스템에서, 다단계 신호의 성과는 이웃 NRZ 수로에서 XPM에 높게 감염되기 쉬울 수 있다. (몇몇 극초단파 속도 (\gt를 삽입하기 위하여 혼성 시스템은 디자인된다; 원래 50 GHz 파장 구멍을 가진 10 Gb/s에 nonreturn-to-zero (NRZ) 수로를 위해 디자인되는 기반으로 40-Gb/s) 수로.) 그러나 XPM가 신호의 분극에 의해 영향을 받고기 결정론적이지 않기 때문에, 문제를 극복하는 것은 아주 어렵다. 이 논문에서는, 수로 힘 통제는 혼성 시스템에 있는 XPM를 억압하기 위하여 제시되었다. 10-Gb/s NRZ 신호의 힘을 줄여서, 고속 다단계 신호의 성과는 개량될 수 있었다.WDM 기술을 사용하는 미래 광학적인 네트워크에서는, 각 수로 (\gt의 극초단파 속도 가동; 40 Gb/s) 및 좁은 채널 간격의 이용은 가혹하게 XPM와 FWM와 같은 CD, PMD 및 섬유 비선형성 때문에 광학적인 네트워크의 성과를 악화할 수 있었다. 그러나, 신호 품질을 감시하고 전통적인 기술을 이용해서 광학적인 네트워크의 능률적인 가동을 신호 찡그림을 보상하는 것은 어렵다 전통적인 그들에서 이용되기 전자 제품의 운영 속도가 한정되기 때문에. 이 논문은 극단적으로 빠른 FWM를 이용해서 문제를 해결하는 것을 제시했다
