针对数据互联网络中多源高速并行数据实时传输的问题, 提出了一种基于随路时钟恢复的多源数据光纤传输系统, 详细介绍了其工作原理和设计思想。系统将现场可编程逻辑门阵列(FPGA)内部高速收发器与专用数字锁相环相结合, 给出了随路时钟恢复与数据流量控制的具体实现过程。相比于现有的各类高速并行数据传输解决方案, 该系统具备可软件定义的数据接入能力, 也能支持更加灵活的随路时钟动态范围。同时, 通过设计精简合理的帧结构, 推导数据位宽与随路时钟之间的约束关系, 有效提高了系统传输带宽。测试结果表明, 该系统工作稳定可靠, 实时传输效果好, 时钟恢复精度可达100fs, 扩展了串并转换与并串转换技术的应用领域。

分析时钟恢复算法中环路滤波器比例增益系数对系统误码率的影响时发现,信号的误码率随比例增益系数的增大呈先减小后增大的变化趋势,且不同接收光功率下的最优比例增益系数不同。针对该问题,提出并实现了一种基于Gardner算法的全实时化动态比例增益系数全数字时钟恢复算法,以应对功率抖动信道并提高算法的灵敏度。此外,在基于Altera Stratix-V 5SGXMA7K2F40C3 FPGA平台的2.5 GBaud正交相移键控调制相干通信系统中对该算法进行了在线实验验证。以KP4中的前向纠错码门限2×10 ^-4为上限,当功率抖动频率较慢时,动态参数法能将系统到达该误码门限的最低接收光功率由固定参数法的-47 dBm降低至-49.5 dBm;当功率抖动频率较快时,固定参数法能承受最低功率为-46.5 dBm、抖动频率为100 Hz的抖动,而动态参数法能承受最低功率为-50 dBm、抖动频率为1 kHz的抖动。

提出了一种基于脉冲展宽波形的插值与脉冲展宽效应补偿合并的数据恢复方案。该方案依据权系数同时实现了插值与脉冲展宽效应补偿, 解决了时隙抽样误差和抖动问题, 完成了脉冲位置调制时隙信号的数据恢复。仿真结果表明, 所提出的方案具有较好的稳健性, 可有效抑制时隙抽样误差和抖动。在译码时使用的抖动参数与实际抖动参数不匹配的条件下, 该方案的性能仍优于将插值与脉冲展宽效应补偿分离处理的方案。该方案将插值与脉冲展宽效应补偿合并在一起, 运算更简化。

An effective theoretical analysis method is presented to analyze different linear optical signal processing functions with optical filters reported in literatures. For different applications, the optical filters are supposed to operate on the analog or digital part of the signal separately, namely analog spectrum conversion and digital spectrum conversion. For instance, the return-to-zero (RZ) to non-return-to-zero (NRZ) format conversion for intensity or phase modulated signals are based on the analog spectrum conversion process, while the (N)RZ to (N)RZ phase-shift-keying (PSK) format conversion, logic NOT gate and clock recovery for RZ signals are based on the digital spectrum conversion process. Theoretical analyses with the help of numerical simulation are used to verify the reported experimental results, and all the experimental results can be effectively analyzed with this analytical model. The effect of the transmission spectrum of the filter on the performance of the converted signal is investigated. The most important factor is that the theoretical analysis provides an effective way to optimize the optical filter for different optical signal processing functions.

解释了利用法布里-珀罗(F-P)腔实现全光时钟恢复的原理。根据啁啾光栅(CFBG)的反射特性，从理论上分析了先利用CFBG对信号进行滤波再利用F-P腔进行时钟恢复在波长选择方面的优点，即将不需要恢复时钟的波长处的信号事先通过CFBG过滤掉。由于CFBG反射谱的顶端不平坦使得进入F-P腔的信号也不平坦，近而导致时钟恢复的效果不理想，故需利用切趾技术消除CFBG的反射谱顶端的不平坦，以获得更好的恢复效果。

解释了当信号速率是法布里-珀罗(F-P)腔的自由光谱区宽度(FSR)的整数倍时，利用F-P腔和基于半导体光放大器(SOA)级联偏移滤波的幅度均衡系统实现全光时钟恢复的原理。从理论上研究了幅度均衡系统中偏移滤波参数对时钟幅度抖动的影响，并且给出了理论上最佳的偏移滤波参数。实验中，为了解决时分复用(OTDM)系统中不同时隙信道信号光相位不同导致F-P腔输出光脉冲幅度严重起伏的问题，采用了对信号光进行波长转换的方法，最终利用FSR 为102 GHz的F-P腔和幅度均衡系统成功地分别从102 Gb/s和204 Gb/s 归零码开关键控(RZ-OOK)码信号中恢复出了102 GHz和204 GHz的光时钟。其中102 GHz时钟的幅度抖动为8.5%，时间抖动小于236 fs；204 GHz时钟的幅度抖动为9.4%，时间抖动小于251 fs。

提出并分析验证了一种基于半导体激光器注入锁定实现的全光时钟提取方案。方案中，借助半导体激光器的注入锁定过程，可以将光归零（RZ）码信号中的载波和一个时钟分量依次锁定两个半导体激光器获得光场的锁相输出，通过输出分量的叠加，得到所需的同步时钟信号。实验中，采用两个分布反馈（DFB）型半导体激光器，成功地获得了10 Gb/s光RZ码信号的时钟信号。这一方案在注入功率的动态范围、可调谐性、信号波长稳定性要求等方面都表现出了很好的灵活性，并具有可集成潜力，是一种实用性很强的新方法。

全光再放大、再定时、再整形(3R)技术是未来全光通信网络的发展方向，全光时钟提取是全光3R技术的关键技术之一。随着新型相位调制格式信号的广泛应用，对新型相位调制格式信号的全光时钟提取研究引起了越来越多的关注。基于此，提出了一种基于可调谐解调器的速率可变差分相移键控非归零码(NRZ-DPSK)信号的时钟提取方法。采用自由空间光的斐索干涉仪构成可调谐解调器，将NRZ-DPSK信号转换为含有时钟分量的归零码(RZ)强度信号，调谐范围可覆盖2.5~40 Gb/s。将解调出的RZ信号注入到光纤环形激光器实现了5 Gb/s的长度为27-1的伪随机码NRZ-DPSK信号的全光时钟提取，其消光比高于10 dB。

研究了一种基于双相位调制器（PM）结构的光电振荡器（OEO）。利用OEO提取的电时钟对外加的连续光进行相位调制，再经过光带通滤波器（OBPF）进行偏移滤波，产生了脉宽为7.6 ps的光脉冲。随后进入由相位调制器和单模光纤（SMF）组成的脉冲压缩器进行脉冲压缩，从而得到脉宽很窄的光帧时钟。实验中，成功实现了从4×25 Gbit/s信号中同时提取出25 GHz的光时钟和电时钟。光时钟的脉冲宽度为3.1 ps，占空比为7.75%，时间抖动为135 fs（100 Hz~10 MHz）。电时钟载噪比为61.7 dB，时间抖动为118 fs（100 Hz~10 MHz）。

基于带内时钟导引的置入与提取,提出一种在超高速时分复用系统中的自时钟恢复方案.通过在发送端插入带内时钟导引并在接收端提取出该时钟导引,实现系统时钟的瞬时同步恢复,无需传统时钟恢复中的超快相位比较器和锁相环.实验分别演示了由相位调制和强度调制构造的时钟导引,结果表明所提方法可实现160~40 Gb/s的无误码解复用.该方法在光发射机之后和光接收机之前的光域内对数据信号进行预处理,简化了时钟恢复,同时并未改变光发射机和光接收机的原理、结构和设计,与现行的光纤通信系统兼容.