一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，本轉(zhuǎn)換器二激光器的二泵浦光經(jīng)偏振控制器、線偏振光轉(zhuǎn)換裝置、第一光耦合器后，與信號(hào)光一起接入第二光耦合器、摻鉺光纖放大器、光環(huán)行器至PPLN脊波導(dǎo)，前向光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡反射，后向光束又入脊波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器輸出。本轉(zhuǎn)換方法為：經(jīng)偏振控制器調(diào)整為TM模的泵浦光在線偏振光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槠穹较蚺cPPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行、與X軸成角θ的線偏振光,在脊波導(dǎo)中分解為振幅比為tgθ的TE和TM模，泵浦光與信號(hào)光的TM模發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，其它前向光經(jīng)法拉第反射鏡反射和模式轉(zhuǎn)換,再返脊波導(dǎo)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)與信號(hào)光偏振態(tài)無(wú)關(guān)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
【專利說(shuō)明】一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及了一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，即一種基于PPLN光波導(dǎo)的級(jí)聯(lián)和頻與差頻型的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法，主要適用于密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，需要大容量和高速率的數(shù)據(jù)傳輸。在光纖通信系統(tǒng)中，密集波分復(fù)用(DWDM)能特別顯著的提高其傳輸容量，密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展前途最被看好的技術(shù)。全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是密集波分復(fù)用光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能器件之一，全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)信息從一個(gè)波長(zhǎng)的光載波到另一個(gè)波長(zhǎng)的光載波的復(fù)制，有助于波長(zhǎng)再利用，有效進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由選擇，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率，進(jìn)而可以提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)充性，實(shí)現(xiàn)開放式DWDM系統(tǒng)中光信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0003]目前常用的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括:交叉增益調(diào)制(XGM)，交叉相位調(diào)制(XPM)，激光增益飽和吸收效應(yīng)，電吸收調(diào)制(EA)，非線性光學(xué)環(huán)形鏡(N0LM)，四波混頻(FWM)，二階非線性效應(yīng)等?，F(xiàn)有方案中，基于周期極化鈮酸鋰光波導(dǎo)，簡(jiǎn)稱為PPLN光波導(dǎo)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，因PPLN光波導(dǎo)的二階非線性效應(yīng)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，如對(duì)信號(hào)比特率和調(diào)制形式嚴(yán)格透明、多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換能力、鏡像波長(zhǎng)變換特性、噪聲指數(shù)極低、響應(yīng)速度快，以及轉(zhuǎn)換帶寬很寬等，因而基于PPLN光波導(dǎo)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)近年來(lái)受到各國(guó)科技工作者的高度重視。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外在基于PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方面已經(jīng)開展了許多有意義的工作，主要包括基于直接差頻(DFG)，基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)，基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)等二階以及級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)。但是這些技術(shù)均存在著缺陷。
[0005]DFG型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器雖然轉(zhuǎn)換效率較高，但由于其所用的泵浦光(0.775 μ m)和信號(hào)光(1.5 μ m)處于不同波段，而且相差很大，DFG型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器難以很好地把泵浦光和信號(hào)光同時(shí)I禹合進(jìn)入波導(dǎo)，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)泵浦光和信號(hào)光在光波導(dǎo)內(nèi)的單模傳輸。
[0006]基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻的SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器解決了 DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器遇到的困難，注入的泵浦光和信號(hào)光同處于1.5 μ m波段，可實(shí)現(xiàn)1.5 μ m波段的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。但是，由于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻過(guò)程中泵浦光占據(jù)了信號(hào)光的波段，這是很多DWDM系統(tǒng)所不允許的。而且倍頻(SHG)過(guò)程準(zhǔn)相位匹配(QPM)波長(zhǎng)處的泵浦光波長(zhǎng)響應(yīng)帶寬非常窄，對(duì)于固定輸入的信號(hào)光，傳統(tǒng)的SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換閑頻光的可調(diào)諧輸出，而可調(diào)諧的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換對(duì)于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性又是非常重要的。
[0007]基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可以同時(shí)解決DFG型和傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)倍頻和差頻的SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器所遇到的問(wèn)題。一方面所有入射光均處于1.5μπι波段，另一方面即使對(duì)于固定波長(zhǎng)輸入的信號(hào)光也可以方便地實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)具有二階級(jí)聯(lián)非線性效應(yīng)，置于信號(hào)光波段窗口的兩邊的第一泵浦光和第二泵浦光的波長(zhǎng)近似關(guān)于倍頻(SHG)過(guò)程準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)對(duì)稱，第一泵浦光的波長(zhǎng)為X1、頻率為(O1，第二泵浦光的波長(zhǎng)為λ2、頻率為ω2。泵浦波長(zhǎng)與信號(hào)波長(zhǎng)相近容易實(shí)現(xiàn)最佳耦合又不會(huì)占用信號(hào)波段。調(diào)節(jié)第一、第二泵浦光，使第一泵浦光波長(zhǎng)和第二泵浦光波長(zhǎng)滿足或近似滿足和頻(SFG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配條件，此時(shí)第一、第二泵浦光發(fā)生和頻(SFG)反應(yīng)，產(chǎn)生和頻光，和頻光波長(zhǎng)為Xsf、頻率為coSF，COsf= ωρ1+ωρ2。與此同時(shí)，信號(hào)光(波長(zhǎng)為As、頻率為《s)與和頻光發(fā)生差頻(DFG)相互作用得到轉(zhuǎn)換閑頻光(波長(zhǎng)為λρ頻率為(Oi), ω?=ωΜ-ω3。根據(jù)能量守恒原理，信號(hào)光，第一泵浦光，第二泵浦光，和頻光以及轉(zhuǎn)換閑頻光的波長(zhǎng)滿足以下關(guān)系式:
[0008]SFG:1/ λ SF=1/ λ ρ1+1/ λ ρ2
[0009]DFG:1/ λ 尸1/ λ SF_1/ λ s
[0010]SFG+DFG:1/ λ 尸1/ λ ρ1+1/ λ ρ2_1/ λ s
[0011]λρ1——第一泵浦光的波長(zhǎng)
[0012]λρ2——第二泵浦光的波長(zhǎng)
[0013]As——信號(hào)光的波長(zhǎng)
[0014]Asf——和頻光的波長(zhǎng)
[0015]Ai——轉(zhuǎn)換閑頻光的波長(zhǎng)
[0016]但現(xiàn)有的基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)型的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器具有偏振相關(guān)性，當(dāng)信號(hào)光以偏振態(tài)輸入，最后輸出的轉(zhuǎn)換閑頻光強(qiáng)度將隨信號(hào)光偏振方向的變化而改變，因而在某些的波長(zhǎng)范圍內(nèi)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，該全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的PPLN光波導(dǎo)為PPLN脊波導(dǎo)，且接有線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率較高，尤其是偏振無(wú)關(guān)性性能好，而且可進(jìn)行細(xì)微調(diào)諧。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于提供一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方法，注入PPLN脊波導(dǎo)線偏振泵浦光，在PPLN脊波導(dǎo)中分解為TM和TE模，法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡又使信號(hào)光和泵浦光的TE和TM?；Q并反射，使得參與級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)的泵浦光和信號(hào)光的在前向、后向傳輸中能夠彌補(bǔ)各種損耗，使輸出時(shí)TE模和TM模的轉(zhuǎn)換效率相等。
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，包括激光器、偏振控制器、光率禹合器、摻鉺光纖放大器、光隔離器、光環(huán)行器、PPLN光波導(dǎo)、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡,第一激光器和第二激光器均為可調(diào)諧外腔激光器，發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出接入第一光率禹合器后，與經(jīng)過(guò)偏振控制器的任意偏振態(tài)的信號(hào)光一起接入第二光稱合器，第二光稱合器的輸出接入摻鉺光纖放大器，放大器的輸出經(jīng)光隔離器接入光環(huán)行器第一端口，光環(huán)行器第二端口輸出的前向傳輸?shù)墓馐?jīng)過(guò)PPLN光波導(dǎo)后，光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡反射，后向傳輸?shù)墓馐诌M(jìn)入PPLN光波導(dǎo),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器的第三端口輸出為本波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的輸出。
[0020]所述第一泵浦光、第二泵浦光以及信號(hào)光均為C波段。
[0021]所述第一泵浦光的波長(zhǎng)為λρ1，第二泵浦光的波長(zhǎng)為λ ρ2，本裝置所產(chǎn)生的和頻光波長(zhǎng)為λ SF，各波長(zhǎng)滿足:1/ λ SF= I/ λ ρ1+1/ λ ρ2。
[0022]本發(fā)明所用的PPLN光波導(dǎo)為PPLN脊波導(dǎo)，此脊波導(dǎo)的襯底為鈮酸鋰晶片，波導(dǎo)層為Z切周期極化的摻鋅鈮酸鋰晶片，襯底和波導(dǎo)層直接鍵合，脊波導(dǎo)的橫切面為垂直于Z軸的XOY平面，稱為Z切面。PPLN脊波導(dǎo)既可傳輸TM模，又可傳輸TE模，無(wú)需用偏振分束器把信號(hào)光分成相互正交的TE模和TM模，在輸出端也無(wú)需使用偏振合束器把轉(zhuǎn)換閑頻光的TE模和TM模合成，減小波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性。而且PPLN脊波導(dǎo)限制信號(hào)光和泵浦光集中在波導(dǎo)內(nèi)傳輸，有利于提高轉(zhuǎn)換效率。
[0023]分別經(jīng)過(guò)第一偏振控制器和第二偏振控制器的第一、第二泵浦光接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，再接入第一光耦合器。線偏振光轉(zhuǎn)換裝置把X方向偏振的TM模式的泵浦光轉(zhuǎn)換為另一種線偏振光，轉(zhuǎn)換后的線偏振光的偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)的橫截面(即Z切面)平行，并與垂直的X軸成角度Θ。
[0024]所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置包括第一法拉第盒和第二法拉第盒，基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的原理，法拉第盒內(nèi)的磁致旋光物質(zhì)使通過(guò)的線偏振光的振動(dòng)面在其磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，通過(guò)法拉第盒的線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度Θ與法拉第盒的磁場(chǎng)的關(guān)系式為:
[0025]Θ =VBL
[0026]式中B為法拉第盒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為磁致旋光物質(zhì)的長(zhǎng)度，V為比例系數(shù)維爾德常量，V與磁致旋光物質(zhì)的溫度，性質(zhì)以及入射光波長(zhǎng)有關(guān)。
[0027]本發(fā)明的第一泵浦光和第二泵浦光，分別進(jìn)入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第一法拉第盒和第二法拉第盒，分別對(duì)兩個(gè)泵浦光進(jìn)行線偏振光的轉(zhuǎn)換，以提高線偏振泵浦光轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
[0028]所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ，使線偏振泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)中分解的TM模和TE模振幅比例為I比I。
[0029]第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出各經(jīng)保偏光纖接入第一光稱合器,偏振控制器與保偏光纖結(jié)合以產(chǎn)生較好的泵浦光TM模。
[0030]在光環(huán)行器第三端口所接的光纖上接有第一光纖光柵和第二光纖光柵，第一光纖光柵和第二光纖光柵的反射譜中心波長(zhǎng)分別為第一泵浦光和第二泵浦光的波長(zhǎng)。未轉(zhuǎn)換的泵浦光將被第一光纖光柵和第二光纖光柵反射回光環(huán)行器、又進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)再利用，提高泵浦光的利用率，提高轉(zhuǎn)換效率。
[0031]本發(fā)明一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方法如下:
[0032]第一可調(diào)諧激光器和第二可調(diào)諧激光器發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器和第二偏振控制器，調(diào)整其偏振方向、使第一、第二泵浦光為TM模,第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出各經(jīng)保偏光纖接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，線偏振光轉(zhuǎn)換裝置把X方向偏振的TM模泵浦光轉(zhuǎn)變?yōu)槠穹较蚺cPPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行、并與垂直方向X軸成角度Θ的線偏振光。轉(zhuǎn)換后的2種波長(zhǎng)的線偏振泵浦光經(jīng)第一光稱合器后、和經(jīng)過(guò)偏振控制器的任意偏振態(tài)的信號(hào)光一起通過(guò)第二光稱合器稱合，再經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器放大之后，由光環(huán)行器的第一端口進(jìn)入，從光環(huán)行器的第二端口輸出、第一次同時(shí)I禹合進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)，在PPLN脊波導(dǎo)中轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光分解為TE模和TM模，TE模和TM模的振幅比等于tg Θ。PPLN脊波導(dǎo)同時(shí)傳輸TM模和TE模，此時(shí)信號(hào)光的TM模和泵浦光的TM模發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，信號(hào)光的TE模在前向傳輸過(guò)程中不參與級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)。PPLN脊波導(dǎo)產(chǎn)生的閑頻光TM模、信號(hào)光TE模以及泵浦光TE模繼續(xù)向前傳輸，到達(dá)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡。所述法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡，使信號(hào)光，泵浦光和轉(zhuǎn)換閑頻光的偏振態(tài)發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，完成TE和TM兩種模式間的互相轉(zhuǎn)換并使之反射、返回進(jìn)行后向傳輸。經(jīng)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)反射使前向傳輸時(shí)產(chǎn)生的閑頻光TM模轉(zhuǎn)變?yōu)門E模、信號(hào)光TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模、線偏振泵浦光的TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模，并轉(zhuǎn)為后向傳輸進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)，信號(hào)光新轉(zhuǎn)變的TM模與泵浦光新轉(zhuǎn)變的TM模發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)，產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，閑頻光新轉(zhuǎn)換的TE模不參與級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、通過(guò)PPLN脊波導(dǎo)。轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模、反應(yīng)后剩下的泵浦光繼續(xù)反向傳輸進(jìn)入光環(huán)行器的第二端口，轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模通過(guò)光環(huán)行器第三端口輸出。反應(yīng)后剩下的泵浦光經(jīng)光環(huán)行器第一端口繼續(xù)反向傳輸時(shí)被光隔離器阻擋、反射，不會(huì)返回泵浦光和信號(hào)光的輸入端，而是又通過(guò)光環(huán)行器第二端口再次返回PPLN脊波導(dǎo)。
[0033]當(dāng)和頻與差頻反應(yīng)后剩下的泵浦光隨轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器的第三端口輸出，被第一光纖光柵和第二光纖光柵反射、返回PPLN脊波導(dǎo)再利用。法拉第90°C旋轉(zhuǎn)反射鏡的磁光材料可以吸收近似倍頻光的和頻光，起到和頻光波濾波器的作用。前向傳輸時(shí)在PPLN脊波導(dǎo)中產(chǎn)生的和頻光若有剩余，對(duì)反向傳輸?shù)募?jí)聯(lián)反應(yīng)不利。
[0034]在傳輸和反應(yīng)過(guò)程中均為理想狀態(tài)，即完全無(wú)損耗的情況下，轉(zhuǎn)換后的線偏振光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ =45°，也就是說(shuō)線偏振的泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)中分解成振幅比例為I比I的的TM模和TE模。但是由于PPLN脊波導(dǎo)的傳輸損耗，耦合損耗等各種損耗的存在，θ將微小地偏離45°。另一方面,TM模在前向傳輸時(shí)參與反應(yīng)；而TE模前向傳輸時(shí)不參與反應(yīng)，但有一定的傳輸損耗，將使得TE模在后向傳輸時(shí)參與反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率降低，導(dǎo)致最終的TE模的轉(zhuǎn)換效率小于TM模的轉(zhuǎn)換效率，故要求注入PPLN光波導(dǎo)時(shí)泵浦光的TE模功率要稍大一些，以彌補(bǔ)TE模的傳輸損耗。故Θ的值應(yīng)大于45° ,確定方法如下:。
[0035]根據(jù)泵浦光TE模和TM模振幅比與閑頻光偏振度(偏振光強(qiáng)與總光強(qiáng)的比值)的關(guān)系曲線圖。
[0036]第一泵浦光的TE模和TM模振幅分別為Api (TE)和Api (TM)，
[0037]第二泵浦光的TE模和TM模振幅分別為Ap2 (TE)和Ap2 (TM)，
[0038]轉(zhuǎn)換后閑散光的TE模和TM模振幅分別為Ai (TE)和Ai (TM)，
[0039]要求每束泵浦光的TE模與TM模振幅的比值相等，
[0040]即:tgΘ =Ap I (TE) /Ap I (TM) =Ap2 (TE) /Ap2 (TM)，
[0041 ] 同時(shí)，閑頻光的TE模與TM模振幅相等，
[0042]即:Ai(TE) =Ai (TM)，
[0043]閑頻光的解析解公式為:.L
【權(quán)利要求】
1.一種級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，包括激光器、偏振控制器、光耦合器、摻鉺光纖放大器、光隔離器、光環(huán)行器、PPLN光波導(dǎo)、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡,其特征在于: 第一激光器(I)和第二激光器(2)均為可調(diào)諧外腔激光器，發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器(3 )和第二偏振控制器(4)，第一偏振控制器(3 )和第二偏振控制器(4)的輸出接入第一光稱合器(7)稱合后、與經(jīng)過(guò)偏振控制器(5)的任意偏振態(tài)的信號(hào)光一起接入第二光稱合器(8),第二光稱合器(8)的輸出接入摻鉺光纖放大器(9),摻鉺光纖放大器(9)的輸出經(jīng)光隔離器(10)接入光環(huán)行器(11)第一端口，光環(huán)行器(11)第二端口輸出的前向傳輸?shù)墓馐?jīng)過(guò)PPLN光波導(dǎo)(12)后，光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡(13)反射，后向傳輸?shù)墓馐诌M(jìn)入PPLN光波導(dǎo)(12),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器(11)的第三端口輸出為本波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的輸出； 所述第一泵浦光、第二泵浦光以及信號(hào)光均為C波段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述PPLN光波導(dǎo)(12)為PPLN脊波導(dǎo)，此PPLN脊波導(dǎo)的襯底為鈮酸鋰晶片，波導(dǎo)層為Z切周期極化的摻鋅鈮酸鋰晶片，襯底和波導(dǎo)層直接鍵合，脊波導(dǎo)的橫切面為垂直于Z軸的XOY平面； 分別經(jīng)過(guò)第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)的第一、第二泵浦光接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6),再接入第一光稱合器(7);線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(8)把X方向偏振的TM模式的泵浦光轉(zhuǎn)換為偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行，并與垂直的X軸成角度Θ的線偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6 )包括第一法拉第盒(61)和第二法拉第盒(62 )，通過(guò)法拉第盒的線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度Θ與法拉第盒的磁場(chǎng)的關(guān)系式為:
Θ =VBL 式中B為法拉第盒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為磁致旋光物質(zhì)的長(zhǎng)度，V為比例系數(shù)維爾德常量， 所述第一、第二泵浦光分別進(jìn)入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第一法拉第盒(61)和第二法拉第盒(62)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)的輸出各經(jīng)保偏光纖接入第一光I禹合器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述光環(huán)行器(11)第三端口所接的光纖上接有第一光纖光柵(14)和第二光纖光柵(15)，第一光纖光柵(14)和第二光纖光柵(15)的反射譜中心波長(zhǎng)分別為第一泵浦光和第二泵浦光的波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于: 第一可調(diào)諧激光器(I)和第二可調(diào)諧激光器(2)發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)，調(diào)整其偏振方向、使第一泵浦光和第二泵浦光為TM模，第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)的輸出各經(jīng)保偏光纖接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6),線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6)把X方向偏振的TM模泵浦光轉(zhuǎn)變?yōu)槠穹较蚺cPPLN脊波導(dǎo)(12)的橫截面平行、并與垂直方向X軸成角度Θ的線偏振光；轉(zhuǎn)換后的2種波長(zhǎng)的線偏振泵浦光經(jīng)第一光稱合器(7)后、和經(jīng)過(guò)偏振控制器(5)的任意偏振態(tài)的信號(hào)光一起通過(guò)第二光耦合器(8 )耦合，再經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器(9 )放大之后，由光環(huán)行器(11)的第一端口進(jìn)入，從光環(huán)行器(11)的第二端口輸出、第一次同時(shí)I禹合進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)(12),在PPLN脊波導(dǎo)(12)中轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光分解為TE模和TM模，TE模和TM模的振幅比等于tg Θ ；PPLN脊波導(dǎo)(12)同時(shí)傳輸TM模和TE模，此時(shí)信號(hào)光的TM模和泵浦光的TM模發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，信號(hào)光的TE模在前向傳輸過(guò)程中不參與級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)；PPLN脊波導(dǎo)(12)產(chǎn)生的閑頻光TM模、信號(hào)光TE模以及泵浦光TE模繼續(xù)向前傳輸，到達(dá)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡(13);經(jīng)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡(13)的旋轉(zhuǎn)反射使前向傳輸時(shí)產(chǎn)生的閑頻光TM模轉(zhuǎn)變?yōu)門E模、信號(hào)光TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模、線偏振泵浦光的TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模，并轉(zhuǎn)為后向傳輸進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)(12)，信號(hào)光新轉(zhuǎn)變的TM模與泵浦光新轉(zhuǎn)變的TM模發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)，產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，閑頻光新轉(zhuǎn)換的TE模不參與級(jí)聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、通過(guò)PPLN脊波導(dǎo)(12);轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模、反應(yīng)后剩下的泵浦光繼續(xù)反向傳輸進(jìn)入光環(huán)行器(11)第二端口，轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模通過(guò)光環(huán)行器(I I)第三端口輸出，反應(yīng)后剩下的泵浦光經(jīng)光環(huán)行器(11)第一端口繼續(xù)反向傳輸時(shí)被光隔離器(10)阻擋、反射，又通過(guò)光環(huán)行器(11)第二端口再次返回PPLN脊波導(dǎo)(12);當(dāng)和頻與差頻反應(yīng)后剩下的泵浦光隨轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器(11)的第三端口輸出，被第一光纖光柵(14)和第二光纖光柵(15)反射、返回PPLN脊波導(dǎo)(12)再利用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的級(jí)聯(lián)和頻與差頻全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于: 細(xì)微調(diào)節(jié)線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6)中2個(gè)法拉第盒的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，即細(xì)微調(diào)諧線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6)轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ，使線偏振泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)(12)中分解的 TM模和TE模振幅比例為I比I。
【文檔編號(hào)】G02F1/35GK103760732SQ201410015305
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】黃芳, 張昕, 覃波, 鞠濤, 李沼云, 覃良標(biāo), 付益 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所