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在当今的通信网络中,信号的传输主要依靠光纤完成。但是信号的处理,还是主要依靠电来完成,这样就增大了传输成本,也降低了传输效率。全光信号处理技术可以在光域直接对光信号进行处理,充分利用带宽资源,从根本上解决微电子技术固有的电子瓶颈问题,对于高速光通信有着较大意义。四波混频(Four-wave Mixing,FWM)是一个参量过程,在全光信号处理技术中,基于FWM的信号处理凭借其响应时间极短和能够产生新的频率分量的优势,得到了较高的关注。本文围绕着基于FWM的全光信号处理,借助不同的非线性介质,对于全光信号处理进行了分析与计算,主要研究内容和取得的创新性研究成果概括如下:1.研究了基于FWM效应的全光采样机理,提出了基于FWM的参量广播和啁啾泵浦光同步采样的全光实时采样方案。利用10 GHz脉冲重复率的锁模激光脉冲对于速率为1OGb/s的不归零码开关键控(Non resturn to zero on-off keying,NRZ-OOK)的光信号进行采样,获得了 120 GSa/s的采样率。本方案的提出降低了为了实现高采样率而对锁模激光器的脉冲重复率的苛刻要求,同时也降低了基于FWM参量广播的广播路数,进而降低了类似的全光采样系统的复杂度。2.研究了硅基波导中基于FWM的全光波长转换技术。提出通过改变波导宽度而改变色散,从而实现准相位匹配技术,最终提高波长转换效率和波长转换带宽的方案。该结构的设计,克服了由于硅基波导中存在的双光子吸收(two-photon absorption,TPA)、自由载流子吸收(Free Carrier Absorption,FCA)和等因素对于硅基波导中的相位匹配造成的困难。通过对比不同波导结构进一步优化光栅周期可以对波长转换效率与带宽进一步提高,并更有效的克服波导中的非线性吸收的影响。3.针对时域FWM效应——调制不稳定性(Modulation Instability,MI)效应研究了在硅-有机杂化物(Silicon-Organic Hybrid,SOH)波导中的超短脉冲产生方案。将SOH波导设计成槽型(slot)结构,并用高非线性折射率和低非线性吸收的有机物材料填充slot实现了强MI效应,通过模拟计算证明了该结构的SOH波导可以以较低的泵浦功率实现片上结构的超短脉冲光源。本文的研究基于FWM这种参量过程的相关理论,研究了在光纤、硅基光波导和硅-有机杂化物波导中的FWM效应及其对于全光信号处理的应用,为高速光通信中的全光信号处理提供了思路,在未来超宽带光通信网络和高速信息处理领域中有望得到广泛应用。