一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法及裝置。將信號光與兩路激光器發(fā)出的泵浦光同時輸入到集成平面波導經過四波混頻產生兩個轉換光輸出，在頻域上將其中一路激光器發(fā)出的泵浦光設置在信號光波長附近以降低集成平面波導中四波混頻效應的相位失配量，同時在集成平面波導的工作波長范圍內，調節(jié)另一路激光器發(fā)出的泵浦光波長至波長轉換所需的波段內，通過四波混頻在所需波段獲得轉換效率穩(wěn)定的轉換光。由于第二路泵浦光可以在很大的波長范圍內調節(jié)，因而該波長轉換具有超寬帶特性。本發(fā)明實現(xiàn)信號光的超寬帶波長轉換，具有波導色散不敏感的特性，可滿足下一代的全光網絡節(jié)點高速大容量信號處理的需要。
【專利說明】一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種波長轉換的方法及裝置，尤其是涉及屬于光纖通信及全光信號處理領域的一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著信息時代的發(fā)展，高速英特網接入、移動電話和通信設備的大量普及等，文字、語音、圖像、視頻等的信息交互傳輸日益頻繁，人們對信息容量和帶寬的需求迅速增長。為了能夠以最小成本來最大限度傳輸信息量、滿足不同的帶寬需求，光通信系統(tǒng)正不斷向高速、大容量、寬帶、全光、長距離、低成本的方向邁進。在光路由網絡中，每個信道都是用特定波長標識的，不同波長代表不同信道。為了提高各波長的使用效率同時避免網絡阻塞，在網絡節(jié)點處進行波長轉換成為一種必然趨勢。集成波導器件是光電子技術及應用的核心和關鍵，具有尺寸小、功能強、穩(wěn)定、可靠性高、潛在成本低等突出優(yōu)點，利用集成平面波導研制各類光通信器件從而大大減小通信節(jié)點的體積成為一個重要趨勢。因而，發(fā)展集成型波長轉換器件對于下一代光通信網絡具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]實現(xiàn)全光波長轉換的典型方法是利用非線性介質中的四波混頻效應，通過信號光和泵浦光的相互作用，產生新頻率的閑頻光作為轉換光信號。近年來，關于集成波導四波混頻波長轉換的研究主要集中在轉換帶寬和轉換效率的提高上面。由于轉換帶寬直接決定了系統(tǒng)所能處理的信號容量，提高波長轉換的轉換帶寬是一項迫切的需求。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法及裝置，用集成平面波導實現(xiàn)超寬帶全光波長轉換。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]一、一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法:
[0007]將信號光與兩路激光器發(fā)出的泵浦光同時輸入到集成平面波導經過四波混頻產生兩個轉換光輸出，在頻域上將其中一路激光器發(fā)出的泵浦光設置在信號光波長附近以降低集成平面波導中四波混頻效應的相位失配量，同時在集成平面波導的工作波長范圍內，調節(jié)另一路激光器發(fā)出的泵浦光的波長使得兩個轉換光的轉換效率穩(wěn)定，從而實現(xiàn)信號光的超寬帶波長轉換。
[0008]所述的兩個轉換光的轉換效率穩(wěn)定是指兩個轉換光的轉換效率在超寬帶范圍內變化均小于3dB。
[0009]二、一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的裝置:
[0010]包括第一激光器、第一偏振控制器、信號源、電光調制器、第一光放大器、第一濾波器、波分復用器、集成平面波導、接收端模塊、相位編碼信號解調器、光電探測器、第二激光器、第二偏振控制器、第二光放大器、第二濾波器、第三激光器、第三偏振控制器、第三光放大器、第三濾波器和第四濾波器；第一激光器發(fā)出的信號光經第一偏振控制器偏振調節(jié)后輸入到電光調制器中，電光調制器與信號源連接，電光調制器輸出端依次經第一光放大器、第一濾波器后連接到波分復用器的第一輸入端；第二激光器發(fā)出的第一路泵浦光經第二偏振控制器輸入到第二光放大器中，第二光放大器輸出端經第二濾波器連接到波分復用器的第二輸入端；第三激光器發(fā)出的第二路泵浦光經第三偏振控制器輸入到第三光放大器中，第三光放大器輸出端經第三濾波器連接到波分復用器的第三輸入端；波分復用器輸出端輸出的兩路泵浦光和信號光同時入射到集成平面波導中經過四波混頻產生兩個轉換光，集成平面波導的輸出端經第四濾波器濾波與接收端模塊連接。
[0011]所述的接收端模塊采用光電探測器。
[0012]所述的接收端模塊包括相位編碼信號解調器和光電探測器，集成平面波導的輸出端經第四濾波器濾波后再經相位編碼信號解調器解調后與光電探測器連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]在頻域上將其中一路激光器發(fā)出的泵浦光波長設置在信號光波長附近以降低集成平面波導中四波混頻效應的相位失配量，同時在集成平面波導的工作波長范圍內，調節(jié)另一路激光器發(fā)出的泵浦光波長，使得轉換光的轉換效率在超寬帶范圍內變化小于3dB，從而實現(xiàn)信號光的超寬帶波長轉換。并且，本發(fā)明方法具有波導色散不敏感的特性，可滿足下一代的全光網絡節(jié)點高速大容量信號處理的需要，可為下一代的全光網絡節(jié)點信號處理提供參考。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明方法的原理示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明裝置的連接結構示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明裝置的一種接收端模塊的結構示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明裝置的另一種接收端模塊的結構示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明實施例中兩個轉換光的轉換效率隨第二個泵浦光波長的變化關系。
[0020]圖6為本發(fā)明實施例中測得的信號光、第一泵浦光以及不同波長處的第二泵浦光和轉換光的光譜圖。
[0021]圖中:1為第一激光器,2為第一偏振控制器,3為信號源,4為電光調制器,5為第一光放大器，6為第一濾波器，7為波分復用器，8為集成平面波導，9為第四濾波器，10為接收端模塊，11為第二激光器，12為第二偏振控制器，13為第二光放大器，14為第二濾波器，15為第三激光器，16為第三偏振控制器，17為第三光放大器，18為第三濾波器，19為光電探測器，20為相位編碼信號解調器。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提出的集成平面波導型超寬帶全光波長轉換方法的原理示意圖如圖1所
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[0023]本發(fā)明方法包括:將信號光與兩路激光器發(fā)出的泵浦光同時輸入到平面波導輸出，在頻域上將其中一路激光器發(fā)出的泵浦光(第一路泵浦光)放置在信號光附近，該第一路泵浦光的波長與信號光的波長之差根據(jù)激光器的線寬和所用系統(tǒng)的信道間隔確定，且該路激光器發(fā)出的泵浦光的波長與信號光的波長之差越小(例如0.8nm或者更小)，四波混頻的相位失配量越小，能夠獲得的帶寬越寬。根據(jù)集成平面波導的工作波長范圍，調節(jié)另一路激光器發(fā)出的泵浦光(第二路泵浦光)的波長至轉換光所需的波段，即可在所需波段獲得轉換光，由于相位失配量小，轉換光的轉換效率可以在超寬帶范圍內保持穩(wěn)定(3dB以內)，從而實現(xiàn)信號光的超寬帶波長轉換。
[0024]假設第一路泵浦光Pi放置在信號光S附近，第二路泵浦光P2放置在所需轉換光的輸出波段。在集成平面波導中，兩個泵浦光和信號光發(fā)生兩個四波混頻過程，在第二泵浦光P2附近產生兩個轉換光，即第一個轉換光Ii和第二個轉換光12，兩個轉換光的頻率分別為fn = fS+fp2-fpi和fI2 = fP1+fP2 - fS，其中fS為信號光的頻率，fP1為第一路泵浦光的頻率，fP2為第二路泵浦光。兩個轉換光分別載有和信號光相同的數(shù)據(jù)，因而該方法具有兩路波長轉換輸出的功能。由于第一個泵浦光和信號光的頻率十分接近，假設其頻率差為Af，產生的兩路轉換光分居于第二個泵浦光兩側，并具有相同的頻率差Af。因而，不管轉換光的頻率大小和所用集成平面波導的尺寸，相鄰光波之間的傳播常數(shù)(包括信號光的傳播常數(shù)es、第一路泵浦光的傳播常數(shù)βρ1、兩個轉換光的傳播常數(shù)βη，Ι2和第二路泵浦光的傳播常數(shù)βρ2)近似相等，總可以將四波混頻過程的相位失配量控制在較低的數(shù)值，亦即具有超寬的轉換帶寬。
[0025]如圖2所示，本發(fā)明的波長轉換裝置包括第一激光器1、第一偏振控制器2、信號源
3、電光調制器4、第一光放大器5、第一濾波器6、波分復用器7、集成平面波導8、接收端模塊10、相位編碼信號解調器20、光電探測器19、第二激光器11、第二偏振控制器12、第二光放大器13、第二濾波器14、第三激光器15、第三偏振控制器16、第三光放大器17、第三濾波器18和第四濾波器9。
[0026]第一激光器1、第一偏振控制器2、信號源3、電光調制器4、第一光放大器5和第一濾波器6組成信號光鏈路；第二連續(xù)光激光器11、第二偏振控制器12、第二光放大器13和第二濾波器14組成第一個泵浦光鏈路；第三連續(xù)光激光器15、第三偏振控制器16、第三光放大器17和第三濾波器18組成第二個泵浦光鏈路。
[0027]第一激光器1發(fā)出的信號光經第一偏振控制器2偏振調節(jié)后輸入到電光調制器4中，電光調制器4與信號源3連接，電光調制器4輸出端依次經第一光放大器5、第一濾波器6后連接到波分復用器7的第一輸入端；第二激光器11發(fā)出的第一路泵浦光經第二偏振控制器12輸入到第二光放大器13中，第二光放大器13輸出端經第二濾波器14連接到波分復用器7的第二輸入端；第三激光器15發(fā)出的第二路泵浦光經第三偏振控制器16輸入到第三光放大器17中，第三光放大器17輸出端經第三濾波器18連接到波分復用器7的第三輸入端；波分復用器7輸出端輸出的兩路泵浦光和信號光同時入射到集成平面波導8中經過四波混頻產生兩個轉換光，集成平面波導8的輸出端經第四濾波器9濾波后與接收端模塊10連接。
[0028]如圖3所示，當信號源3發(fā)出強度編碼信號時，所述的接收端模塊10采用光電探測器19，集成平面波導8的輸出端經第四濾波器9濾波后與光電探測器19連接。
[0029]如圖4所示，當信號源3發(fā)出相位編碼信號時，所述的接收端模塊10包括相位編碼信號解調器20和光電探測器19，集成平面波導8的輸出端經第四濾波器9濾波后再經相位編碼信號解調器20解調后與光電探測器19連接。
[0030]在本發(fā)明中，激光器可選擇通信波段的各種激光器，電光調制器、偏振控制器、光放大器、濾波器、解調器、光電探測器均可選用各種商業(yè)元器件。
[0031]本發(fā)明裝置的信號光由第一激光器1提供，信號經過電光調制器4加載，經第一光放大器5放大、第一光濾波器6濾波；第一個泵浦光由第二激光器11提供,該激光器具有可調諧性能，用于改變其出射波長靠近信號光，經過第二光放大器13放大并通過第二濾波器14濾波，提升其有效功率。第二個泵浦光由第三激光器15提供，該激光器也具有可調諧性能，用于改變其出射波長進行掃描，經過第三光放大器17放大并通過第三濾波器18濾波，提升其有效功率。信號光和兩個泵浦光通過波分復用器7合并后入射到集成平面波導8中發(fā)生四波混頻，產生兩個轉換光，通過第四濾波器9濾出轉換光，進行信號接收。
[0032]對于接收端模塊，如圖3，接收端僅有一個光電探測器19，用于強度編碼信號的接收檢測；如圖4中，接收端由相位碼解調器20和光電探測器19構成，用于相位編碼信號的接收檢測。選擇哪種接收端取決于信號源3發(fā)出的信號編碼類型。
[0033]本發(fā)明的實施例:
[0034]本發(fā)明以四個不同的硅基集成平面波導尺寸300 X 500nm2、300 X 650nm2、285 X 650nm2和3 X 3 μ m2為例進行仿真，波導長度為17mm，波導的線性損耗為0.7CHT1，雙光子吸收系數(shù)為0.8cm/Gff,自由載流子壽命為2ns，硅的非線性折射率系數(shù)為9X 10_18m2/W，兩路泵浦光的光強均為100mW/ μ m2，信號光的光強為10mW/ μ m2，信號光S波長為1542.94nm,控制第一路泵浦光與信號光的波長差為0.8nm,第一個泵浦光Pi波長為1543.73nm,通過掃描第二路泵浦光匕波長得到的兩路轉換光的轉換效率變化關系分別如圖5(a)和(b)所示。從圖中可以看出，通過控制，，兩個轉換光的帶寬特性極為相似。
[0035]對于這四個波導，3dB帶寬分別為630nm、604nm、535nm和558nm，均具有超寬帶特性。由于這四個波導具有不同的尺寸和不同的色散曲線，因而可以看出本發(fā)明方法是色散不敏感的。
[0036]利用上述中的17mm長、3X3 μ m2截面的硅基集成平面波導，按照上述實驗裝置進行實際測量，信號光波長為1542.83nm,第一個泵浦光波長為1543.64nm,這兩個光波的光譜圖如圖6(a)所示。將第二個泵浦光分別放置于1560nm、1595nm、1630nm，產生的轉換光光強幾乎不發(fā)生變化，結果依次如圖6(b)-(d)所示。由此，通過該實驗結果可以驗證本發(fā)明方法的超寬帶特性，具有顯著的技術效果。
【權利要求】
1.一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法，其特征在于包括:將信號光與兩路激光器發(fā)出的泵浦光同時輸入到集成平面波導經過四波混頻產生兩個轉換光輸出，在頻域上將其中一路激光器發(fā)出的泵浦光設置在信號光波長附近以降低集成平面波導中四波混頻效應的相位失配量，同時在集成平面波導的工作波長范圍內，調節(jié)另一路激光器發(fā)出的泵浦光的波長使得兩個轉換光的轉換效率穩(wěn)定，從而實現(xiàn)信號光的超寬帶波長轉換。
2.根據(jù)權利要求1一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的方法，其特征在于:所述的兩個轉換光的轉換效率穩(wěn)定是指兩個轉換光的轉換效率在超寬帶范圍內變化均小于3dB。
3.用于實施權利要求1?2任一所述方法的一種集成平面波導型超寬帶全光波長轉換的裝置，其特征在于:包括第一激光器(I)、第一偏振控制器(2)、信號源(3)、電光調制器(4)、第一光放大器(5)、第一濾波器(6)、波分復用器(7)、集成平面波導(8)、接收端模塊(10)、相位編碼信號解調器(20)、光電探測器(19)、第二激光器(11)、第二偏振控制器(12)、第二光放大器(13)、第二濾波器(14)、第三激光器(15)、第三偏振控制器(16)、第三光放大器(17)、第三濾波器(18)和第四濾波器(9);第一激光器(I)發(fā)出的信號光經第一偏振控制器(2)偏振調節(jié)后輸入到電光調制器(4)中，電光調制器(4)與信號源(3)連接，電光調制器(4)輸出端依次經第一光放大器(5)、第一濾波器(6)后連接到波分復用器(7)的第一輸入端；第二激光器(11)發(fā)出的第一路泵浦光經第二偏振控制器(12)輸入到第二光放大器(13)中，第二光放大器(13)輸出端經第二濾波器(14)連接到波分復用器(7)的第二輸入端；第三激光器(15)發(fā)出的第二路泵浦光經第三偏振控制器(16)輸入到第三光放大器(17)中，第三光放大器(17)輸出端經第三濾波器(18)連接到波分復用器(7)的第三輸入端；波分復用器(7)輸出端輸出的兩路泵浦光和信號光同時入射到集成平面波導(8)中經過四波混頻產生兩個轉換光，集成平面波導(8)的輸出端經第四濾波器(9)濾波與接收端模塊(10)連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種集成平面波導型偏振不敏感全光波長轉換的裝置，其特征在于:所述的接收端模塊(10)采用光電探測器(19)。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種集成平面波導型偏振不敏感全光波長轉換的裝置，其特征在于:所述的接收端模塊(10)包括相位編碼信號解調器(20)和光電探測器(19)，集成平面波導(8)的輸出端經第四濾波器(9)濾波后再經相位編碼信號解調器(20)解調后與光電探測器(19)連接。
【文檔編號】G02F1/365GK104317138SQ201410560064
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權日:2014年10月20日
【發(fā)明者】高士明, 王曉燕, 金強, 馮湘蓮 申請人:浙江大學