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全光信号处理技术是直接在光域对信号进行处理,摆脱了“电子瓶颈”的限制,是未来光纤通信网络的演进方向。其中,四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)效应在全光信号处理技术中有着广泛地应用,可以实现参量放大、全光再生、全光逻辑等多种信号处理功能。本文基于泵浦消耗情形下FWM参量过程的解析解,采用Matlab编程方法,研究了高非线性光纤(Highly-Nonlinear Fiber,HNLF)中高阶相位调制信号的全光相位再生和相位混合运算的性能,主要工作内容如下:1.在考虑泵浦消耗的情形下,详细推导了简并和非简并FWM耦合模方程的解析解,采用第一类、第三类勒让德椭圆积分以及雅阁比椭圆函数给出了信号的相位和功率的解析表达式,以及相应的Matlab函数命令。解析计算结果与四波混频耦合模方程的严格数值计算结果一致,验证了理论推导过程的正确性。2.根据相敏放大(Phase-Sensitive Amplifier,PSA)原理设计了8PSK(Phase-Shift Keying)光纤再生器。利用相位和功率的解析表达式分析了基于简并FWM的多电平相位再生条件,研究了泵浦光初始相位和功率对M-PSK信号相位转移特性的影响。研究表明,调节泵浦光初始相位可使PSA的相位转移曲线与输入信号的多电平相位相匹配,相位再生器的抖动抑制性能可通过调节泵浦光初始功率来优化,所需光纤长度与优化的初始泵浦光功率近似呈反比。对所设计的8PSK光纤再生器进行了OptiSystem仿真,仿真结果表明,当归一化输入相位抖动为0.1时(即输入噪声的标准差为0.1?π4rad),该相位再生器的抖动抑制比为4.62,系统的符号错误率可降低两个数量级。3.利用简并四波混频光互调效应,设计了基于非相敏放大(Phase-Insensitive Amplifier,PIA)的相位运算器,实现了两个信号相位的2A B?-?和2B A?-?混合运算。以四进制相位信号为例,实现了四进制数字的乘减运算(2A-B,2B-A),并分析了输入光幅度噪声对两种相位互调运算结果的影响。仿真计算表明,该运算器件的光噪声指数(光信噪比的劣化)约为6.6dB;当输入光信噪比(Optical Signal Noise Ratio,OSNR)不低于25dB时,两种运算的符号错误率(Symbol-Error Rate,SER)均低于10-3,对应的误差矢量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)约为22%。