專利名稱：交叉增益調制型波長轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種波長轉換器，特別涉及一種交叉增益型波長轉換器。
背景技術：
隨著國際互聯網(INTERNET)和IP技術的飛速發展與廣泛應用，各種新型帶寬業務不斷涌現，社會對信息量的需求呈指數增長，光纖通信系統由于具有巨大的帶寬潛力，在通信系統中占有的比例將越來越大。以密集波分復用(DWDM)技術為主體的全光網絡已被公認為緩解日益增長的通信容量難題的最為有效的方式。利用DWDM技術提高通信容量一般有兩種途徑一是增加點到點通信系統中參與復用的波長數目，但是實際應用中復用的數目是很有限的；二是采用波長路由技術，構建基于DWDM、光交叉連接(OXC)、光分插復用(OADM)的全光通信網絡。全光波長轉換器可在DWDM傳輸系統和全光通信網絡中發揮關鍵性作用。波長轉換器能實現傳輸信息從一個波長向另一個波長的轉換；能實現開放式DWDM傳輸系統中光波長的轉發；能實現波長的再利用，構成可任意擴展的波分復用網絡；能在數字交叉連接中實現波長路由；能降低波分復用網絡的阻塞率；能分散網絡的管理，提高波分復用網絡的靈活性和可靠性。
全光波長轉換器的實現機理很多，但其中基于半導體光放大器的交叉增益調制型(XGM)，交叉相位調制型(XPM)和四波混頻型(FWM)全光波長轉換器最具有實用化前景。
交叉增益型波長轉換器由于具有結構簡單，容易實現和轉換效率高的優點一直是國際上研究的熱點。目前報道的交叉增益型波長轉換器都是利用雙端面耦合輸入輸出的半導體光放大器，此種結構存在嚴重的輸出消光比退化，尤其是在向長波長轉換時退化更加嚴重，而且傳統的光放大器制作很困難，為抑止剩余反射，需采取剩余反射率達10-6量級的端面增透技術或斜有源腔，非球透鏡耦合和隔離器等等，另外在波長轉換中，要取得好的輸出消光比特性和高的轉換速率，需采取長有源區的半導體光放大器，這就更加大了光放大器制作的難度。
張新亮2000年博士論文《半導體光放大器用作全光波長轉換器的研究》公開了一種交叉增益調制型波長轉換器，其結構為同向注入方式，如圖1所示，一個激光器出射的光是經調制器調制后輸出的泵浦光，攜帶了調制信號，另一個激光器出射的是連續的探測光，探測光和泵浦光經波分復用器合光后，從半導體光放大器的前端面輸入，從后端面輸出，該光放大器的前端面及后端面均鍍有增透膜，其剩余反射率均不大于10-4，可調帶通濾波器濾出轉換光信號。該種波長轉換器結構簡單，但存在消光比退化問題。
發明內容
本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足之處，提供一種交叉增益調制型波長轉換器，它可以解決現有交叉增益調制型波長轉換器存在的消光比退化問題。
為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是，一個激光器經調制器調制輸出泵浦光，另一個激光器輸出連續的探測光，探測光和泵浦光經波分復用器耦合后，從光環形器的端口A輸入，從端口B輸出進入半導體光放大器，該光放大器的前端面鍍增透膜，后端面鍍增透膜，從半導體光放大器后端面反射回來的光經光環形器的端口B輸入，從端口C輸出到可調帶通濾波器，濾出轉換光信號。
本實用新型的優點在于1.本實用新型采用基于單向耦合輸入輸出、雙程增益的半導體光放大器結構，因而對消光比退化有很好地改善。
2.結構簡單、容易實現，轉換效率高，轉換波長范圍寬。
圖1為現有交叉增益型波長轉換器的一種結構示意圖。
圖2為本實用新型一種實施例的結構示意圖。
圖3為圖2中半導體光放大器7的結構示意圖。
圖4為圖2中光環形器的原理圖，端口A輸入，端口B輸出。
圖5為圖2中光環形器的原理圖，端口B輸入，端口C輸出。
圖6為圖2中不同后端面透射損耗條件下，探測通道獲得的增益差與探測光功率之間的關系比較圖。
圖7為圖2轉換器與圖1轉換器探測通道獲得的增益差與探測光功率之間的關系比較圖。
具體實施方式
由圖2所示，激光器2經調制器1調制輸出泵浦光，激光器3輸出連續的探測光，探測光和泵浦光經波分復合器4耦合后，從光環形器5的端口A輸入，從端口B輸出進入半導體光放大器7，該光放大器7的前端面鍍增透膜9，后端面鍍增透膜10，從半導體光放大器7后端面反射回來的光經光環形器5的端口B輸入，從端口C輸出到可調帶通濾波器8，濾出轉換光信號。
考慮到半導體光放大器7的偏振靈敏性，在光環形器5與半導體光放大器7之間接有偏振控制器6，在光進入半導體光放大器7之前，可以獲得更好地偏振特性。
產生泵浦光的激光器2和產生探測光的激光器3均選用DFB激光器，調制器1的作用是讓激光器2出射的光加載調制信號。通常，調制速率不高于2.5Gb/s時，宣選用內調制；速率高于10Gb/s時，宜選用外調制。波分復用器4可采用濾波片型二路復用器。
半導體光放大器7是特殊鍍制的，如圖3所示，因為是單端耦合方式，所以前端面鍍剩余反射率較低的增透膜，剩余反射率可小于或等于10-3，后端面鍍剩余反射率較高的增透膜，剩余反射率可大于10-3，小于10-1，采用拉錐光纖與放大器芯片耦合方式。
光環形器5是一種非互易器件，光可以從一端輸入，從另一端輸出，反之，從另一端輸入的光，則不能反向輸出。通常的光環形器有三個端口。
圖4表示從端口A輸入，從端口B輸出的情況，其中11為偏振分光鏡，12為反射透鏡，雙折射分離元件13將輸入光束分離成正交偏振的尋常光線和非尋常光線。尋常光線繼續沿著其原來的光路前進，而非尋常光線則向上位移。接著，單向法拉第旋轉器14和相位旋轉器15的復合效應使兩束光線的偏振方向反轉。由于偏振反轉，雙折射分離元件16的作用與分離元件13的作用正好相反，它把兩束光線重新復合，在端口B輸出。
圖5表示從端口B輸入，從端口C輸出的情況，輸入光束被雙折射分離元件16分成兩個正交偏振光線，由于法拉第旋轉器的非互易性，光纖偏振不會在該方向上改變。這時分離元件13使兩束光線更加分離，以致使它們偏離端口A的軸。但兩束光線分別通過偏振分光鏡11和反射棱鏡12后又重新組合，從端口C輸出。
單端耦合半導體光放大器SOA與現有SOA的區別在于，前者輸入和輸出共用同一個端口，用同一根光纖耦合輸入、輸出，輸入和輸出信號用環形器分開。輸入光信號經過單端SOA可以獲得雙程增益，增益的大小與后端面反射率的大小相關。
本實用新型中，半導體光放大器后端面反射率大小直接影響輸出消光比、轉換效率等性能指標。比如反射率太高時，由于功率較大探測光在返程時獲得的增益較小，因而消光比改善得不明顯，反射率太低，消光比特性會得到很大改善，但轉換效率會降低，因而需要根據有源區增益和長度來優化后端面反射率。
由圖6所示，曲線d對應后端面透射率為0.8，曲線e對應為0.9，曲線f對應為0.99。由圖可見，放大器后端面的透射損耗越大，探測光回程獲得的增益就越大，交叉增益調制時，探測光獲得的增益差也越大，因而輸出消光比特性越好。但也可以看出，探測光功率很小時，三種情況下的增益差的差別并不大。另外，透射損耗過大，轉換輸出的信號功率會下降，要保證一定的輸出信號質量，就需增大注入的泵浦功率，這就相當于減小了波長轉換器泵浦光的動態范圍。因此應合理選擇放大器后端面的透射損耗，才能在提高輸出消光比的同時保證輸出信號質量。
轉換輸出的消光比取決于增益飽和導致的增益調制度，泵浦光分別為“0”信號和“1”信號時，探測光獲得的增益差越大，轉換輸出的消光比就越大。與現有雙端耦合輸入輸出的放大器相比較，光信號在單端耦合的放大器中能獲得雙程增益，導致探測光獲得的增益差也會加大，因而采用單端耦合的放大器實現波長轉換能取得很好的消光比特性。如圖7所示，曲線g對應普通的波長轉換方案，采用雙端耦合的半導體光放大器，后端面透射率為100％，有源區長為500μm；曲線h對應的波長轉換方案，采用雙端耦合的半導體光放大器，后端面透射率為100％，有源區長為1000μm；曲線i對應本實用新型提出的新方案，采用單端耦合輸入輸出的半導體光放大器，后端面透射率為0.99，有源區長為500μm。在上述三種方案中，探測通道獲得的增益差都會隨探測功率的增大而減小，但曲線i對應的本實用新型的增益差總是大于其他現有的兩種方案，并且其增益差的變化幅度也要小于這兩種方案。因而可以推斷采用單端耦合半導體光放大器的新型波長轉換器具有更好的輸出消光比特性。
值得提出的是，本實用新型中，放大器的后端面的透射損耗雖然會減小探測光獲得的實際增益，但由于它在泵浦光為“0”和“1”時起相同的作用，因而并不會減小探測光獲得的增益差。同時，正是由于透射損耗的存在，使得泵浦光為“0”信號時，放大的探測光在回程時不會引起放大器的增益飽和。而在現有的長有源區放大器中，即使在泵浦光為“0”信號時，放大器的后半部分往往由于探測光本身的放大也會出現增益飽和，這就會相應減小探測光獲得的增益差。因此采用單端耦合的放大器實現波長轉換，比采用雙倍有源區長度的放大器能獲得更好的輸出消光比特性。
權利要求1.一種交叉增益調制型波長轉換器，其特征在于一個激光器(2)經調制器(1)調制輸出泵浦光，另一個激光器(3)輸出連續的探測光，探測光和泵浦光經波分復用器(4)耦合后，從光環形器(5)的端口A輸入，從端口B輸出進入半導體光放大器(7)，該光放大器(7)的前端面鍍增透膜(9)，后端面鍍增透膜(10)，從半導體光放大器(7)后端面反射回來的光經光環形器(5)的端口B輸入，從端口C輸出到可調帶通濾波器(8)，濾出轉換光信號。
2.根據權利要求1所述的交叉增益調制型波長轉換器，其特征在于在光環形器(5)與半導體光放大器(7)之間接有偏振控制器(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種交叉增益調制型波長轉換器，一個激光器經調制器調制輸出泵浦光，另一個激光器輸出連續的探測光，探測光和泵浦光經波分復用器耦合后，從光環形器的端口A輸入，從端口B輸出進入半導體光放大器，該光放大器的前端面、后端面均鍍有增透膜，從半導體光放大器后端面反射回來的光經光環形器的端口B輸入，從端口C輸出到可調帶通濾波器，濾出轉換光信號。本實用新型采用基于單端耦合輸入輸出、雙程增益的半導體光放大器結構，因而對消光比退化有很好地改善，且結構簡單、容易實現，轉換效率高，轉換波長范圍寬。
文檔編號G02F1/35GK2653789SQ03254948
公開日2004年11月3日 申請日期2003年7月25日 優先權日2003年7月25日
發明者張新亮, 黃德修, 董建績, 劉德明, 孫軍強 申請人:華中科技大學