一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，脈沖激光器的輸出端通過(guò)第一光纖與偽隨機(jī)序列發(fā)生器的輸入端連接，偽隨機(jī)序列發(fā)生器的輸出端通過(guò)第一光纖與馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸入端連接，馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸出端通過(guò)第一光纖與摻鉺光纖放大器的輸入端連接，摻鉺光纖放大器的輸出端通過(guò)第一光纖與合波器的輸入端連接，連續(xù)探測(cè)光激光器的輸出端通過(guò)第二光纖與合波器的輸入端連接，合波器的輸出端通過(guò)第三光纖與分波器的輸入端連接，分波器的輸出端通過(guò)第四光纖與光接收機(jī)輸入端連接。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)成本低，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速率快、帶寬寬，能夠透明波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，并且實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在目前WDM全光網(wǎng)絡(luò)中，由于激光器技術(shù)等因素的限制而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中能夠使用的 光波長(zhǎng)數(shù)目有限，波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的帶寬目前還能暫時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。但是隨著用戶(hù)需求 的增加，光網(wǎng)絡(luò)中波長(zhǎng)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用戶(hù)數(shù)以及節(jié)點(diǎn)數(shù)，因此嚴(yán)重阻塞了網(wǎng)絡(luò)。在同一個(gè)通信 鏈路中，當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)共同傳輸?shù)那闆r，到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)若干波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)輸 出端口的傳輸波長(zhǎng)，進(jìn)而增加了網(wǎng)絡(luò)管理的難度。所以在光網(wǎng)絡(luò)中，提高波長(zhǎng)的重復(fù)利用率 顯得尤為重要。而全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(AOWC:All_optical Wavelength Converter)作為全光 網(wǎng)絡(luò)的核心器件，因其無(wú)需光電(OE)/電光(EO)轉(zhuǎn)換，從而不受光信號(hào)調(diào)制格式以及傳輸速 率的限制，使得光子網(wǎng)絡(luò)不受光電器件"電子瓶頸"影響且具有透明性等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注， 已成為光器件領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究焦點(diǎn)。經(jīng)過(guò)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器作用，信號(hào)光所攜帶的信息能 夠高效、快速、可靠地從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)上，這樣即使僅僅只有一個(gè)波長(zhǎng) 也可以重復(fù)使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的重新分配和再利用，在很大程度上提高了波分復(fù)用系統(tǒng) 的可擴(kuò)充性以及靈活度。
[0003] 目前成熟的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)是光-電-光轉(zhuǎn)換技術(shù)，這種方法技術(shù)上比較成熟，工作 穩(wěn)定，已經(jīng)在光纖通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，有成熟的商業(yè)產(chǎn)品。但其缺點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成 本隨速率和元件數(shù)增加，功耗高、可靠性差，這使它在多波長(zhǎng)通道系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制， 而且不具備傳輸碼型和速率的透明性，當(dāng)系統(tǒng)需要升級(jí)時(shí)，必須更換設(shè)備。
[0004] 全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件主要利用的物理效應(yīng)有：半導(dǎo)體光放大器(SOA)中的交叉增益 調(diào)制效應(yīng)、交叉相位調(diào)制、四波混頻，半導(dǎo)體激光器中的增益飽和效應(yīng)，半導(dǎo)體材料、鈮酸鋰 晶體、光纖等非線(xiàn)性材料的差頻、四波混頻效應(yīng)。但其都存在實(shí)施過(guò)程復(fù)雜，成本較高，轉(zhuǎn)換 速度慢，待轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)有限等缺點(diǎn)，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)多個(gè)波長(zhǎng)信道進(jìn)行波長(zhǎng)變換時(shí)，要同 時(shí)設(shè)置多個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，成本大大增加。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型目的是提供一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)成本低，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速率快、帶寬寬，能夠透明波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，并且實(shí)用性強(qiáng)，使 用效果好，便于推廣使用。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，包括脈沖激光器、偽隨機(jī)序列發(fā)生 器、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器、摻鉺光纖放大器、連續(xù)探測(cè)光激光器、合波器、分波器和光接收機(jī)， 所述脈沖激光器的輸出端通過(guò)第一光纖與偽隨機(jī)序列發(fā)生器的輸入端連接，所述偽隨機(jī)序 列發(fā)生器的輸出端通過(guò)第一光纖與馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸入端連接，所述馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制 器的輸出端通過(guò)第一光纖與摻鉺光纖放大器的輸入端連接，所述摻鉺光纖放大器的輸出 端通過(guò)第一光纖與合波器的輸入端連接，若干個(gè)所述連續(xù)探測(cè)光激光器的輸出端通過(guò)第二 光纖與合波器的輸入端連接，所述合波器的輸出端通過(guò)第三光纖與分波器的輸入端連接， 所述分波器的輸出端通過(guò)第四光纖與若干個(gè)所述光接收機(jī)輸入端連接。
[0008] 優(yōu)選的，所述連續(xù)探測(cè)光激光器的中心波長(zhǎng)各不相同且任意一個(gè)的中心波長(zhǎng)&均 大于摻鉺光纖放大器輸出的中心波長(zhǎng)\，并且滿(mǎn)足頻移計(jì)算公式￥=(1/%)-(1/%)，其中， V為頻移量且V的取值范圍為7.5THz~13THz，i的取值為1~N，N為整數(shù)。
[0009] 優(yōu)選的，所述第三光纖為高非線(xiàn)性光子晶體光纖，光子晶體光纖歸一化拉曼增益 譜在7.5THZ~13THZ的頻移范圍內(nèi)，歸一化喇曼增益系數(shù)范圍為2.76W- 1Ioif1~6.51W-1Ioir1。 [0010]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便;較普通光-電-光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換中保留著信號(hào)光波的相位和振幅信息，具有嚴(yán)格的傳輸透明 性;在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中自發(fā)噪聲低，能實(shí)現(xiàn)啁嗽反轉(zhuǎn);采用喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 轉(zhuǎn)換速率高，輸出信號(hào)消光比好且可以實(shí)現(xiàn)跨波段轉(zhuǎn)換;用高非線(xiàn)性光子晶體光纖，較普通 的石英光纖有更高的喇曼增益，實(shí)現(xiàn)喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換石英光纖需要上千米而光子晶體光纖只 需幾百米，節(jié)省了材料簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。成本比普通光-電-光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器低得多，并且能夠?qū)⑿?號(hào)所攜帶的信息轉(zhuǎn)換到多個(gè)不同連續(xù)探測(cè)光上。綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合 理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低，轉(zhuǎn)換速率高，輸出信號(hào)消光比好，可以實(shí)現(xiàn)跨波段轉(zhuǎn)換和多波長(zhǎng)同 時(shí)轉(zhuǎn)換，實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)用效果好，便于推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0012] 圖2為光子晶體光纖喇曼增益系數(shù)圖。
[0013] 圖3為栗浦信號(hào)光的光功率示意圖。
[0014] 圖4為連續(xù)探測(cè)光激光器輸出的連續(xù)探測(cè)光的光功率示意圖。
[0015] 圖5為進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后栗浦信號(hào)光的光功率示意圖。
[0016] 圖6為進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后探測(cè)光的光功率示意圖。
[0017] 圖中：1、脈沖激光器，2、偽隨機(jī)序列發(fā)生器，3、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器，4、摻鉺光纖放 大器，5、連續(xù)探測(cè)光激光器，6、合波器，7、第一光纖，8、第二光纖，9、第三光纖，10、分波器， 11、第四光纖，12、光接收機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述。
[0019] 如圖1所示，一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，包括脈沖激光器1、偽隨 機(jī)序列發(fā)生器2、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器3、摻鉺光纖放大器4、連續(xù)探測(cè)光激光器5、合波器6、分 波器10和光接收機(jī)12,所述脈沖激光器1的輸出端對(duì)應(yīng)地通過(guò)第一光纖7與偽隨機(jī)序列發(fā)生 器2的輸入端連接，所述偽隨機(jī)序列發(fā)生器2輸出端通過(guò)第一光纖7與馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器3的 輸入端連接，所述馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器3輸出端通過(guò)第一光纖7與摻鉺光纖放大器4的輸入端 連接，所述摻鉺光纖放大器4輸出端通過(guò)第一光纖7與合波器6的輸入端連接，所述多個(gè)連續(xù) 探測(cè)光激光器5的輸出端通過(guò)多根第二光纖8與合波器6的輸入端連接，所述合波器6的輸出 端通過(guò)第三光纖9與分波器10的輸入端連接，所述分波器10的輸出端通過(guò)多根第四光纖11 與多個(gè)光接收機(jī)12輸入端連接，所述多個(gè)連續(xù)探測(cè)光激光器3的中心波長(zhǎng)各個(gè)不同且任意 一個(gè)的中心波長(zhǎng)&均大于摻鉺光纖放大器4輸出的中心波長(zhǎng)\，并且滿(mǎn)足頻移計(jì)算公式V = (1/λρ) -(1/%)，其中，V為頻移量且V的取值范圍為7.5THz~13THz，i的取值為1~N，N為整 數(shù)。
[0020]如圖2所示，所述第三光纖9為高非線(xiàn)性光子晶體光纖，光子晶體光纖歸一化拉曼 增益譜喇曼增益譜在7.5THz~13THz的頻移范圍內(nèi)，歸一化喇曼增益系數(shù)范圍為2.76?^1!?! ― 1 ~6.5 IrW10
[0021] 采用本實(shí)用新型一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的方 法，包括以下步驟：
[0022] 步驟一、首先選擇中心波長(zhǎng)為\的脈沖激光器1，然后通過(guò)偽隨機(jī)序列發(fā)生器2和 馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器3對(duì)輸出光的振幅和相位進(jìn)行調(diào)制，是脈沖激光器1輸出信號(hào)光經(jīng)過(guò)第一 光纖7輸入給摻鉺光纖放大器4;本實(shí)例中，選擇中心波長(zhǎng)\ = 1450nm的脈沖激光器2;
[0023] 步驟二、通過(guò)摻鉺光纖放大器4對(duì)輸出的信號(hào)光進(jìn)行功率放大形成栗浦信號(hào)光，使 得所述栗浦信號(hào)光的功率達(dá)到或超過(guò)受激喇曼效應(yīng)的閾值，并將所述栗浦信號(hào)光通過(guò)第一 光纖7輸入給合波器6;栗浦信號(hào)光的光功率示意圖，如圖3所示，其中圖3中，橫坐標(biāo)表示時(shí) 間t，單位為皮秒ps;縱坐標(biāo)表示光功率P，單位為瓦特W; "Γ碼功率為0.5W;
[0024] 步驟三、根據(jù)頻移計(jì)算公式ν=(1/λρ)-(1/%)選擇中心波長(zhǎng)A1的連續(xù)探測(cè)光激光 器5，所述連續(xù)探測(cè)激光器5輸出連續(xù)探測(cè)光并經(jīng)過(guò)第二光纖8傳輸給合波器6;其中V為頻移 量且取值范圍為7.5ΤΗζ~13ΤΗζ，即連續(xù)探測(cè)光激光器5中任意一個(gè)的中心波長(zhǎng)&的取值范 圍為1480.2nm~1550.6nm;本實(shí)施例中，選擇的連續(xù)探測(cè)光激光器5的中心波長(zhǎng)為1550nm， 連續(xù)探測(cè)光激光器5輸出的連續(xù)探測(cè)光的光功率示意圖，如圖4所示，光功率為恒定的IX HT 6W，橫坐標(biāo)表示時(shí)間t，單位為皮秒ps;縱坐標(biāo)均表示光功率P，單位為瓦特W;
[0025] 步驟四、通過(guò)合波器6將第一光纖7傳輸?shù)睦跗中盘?hào)光和第二光纖8分別傳輸?shù)倪B 續(xù)探測(cè)光耦合輸入到第三光纖9中，其中，第三光纖9為高非線(xiàn)性光纖光子晶體光纖；
[0026]步驟五、第三光纖9根據(jù)公式
[0027]
[0028]并通過(guò)受激喇曼散射放大過(guò)程進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，將栗浦信號(hào)光上所攜帶的信息轉(zhuǎn)換 到連續(xù)探測(cè)光上并傳輸給分波器10;其中，Pu為探測(cè)光在第三光纖9中傳輸時(shí)與栗浦信號(hào)光 相互作用后的光功率，α為光功率在第三光纖9中的衰減系數(shù)，z為光在第三光纖9中傳輸?shù)?距離，t為傳輸距離ζ所用的時(shí)間，u為光在第三光纖9中的群速度，G 11為第一信道與第i信道 之間的增益，Pdt-z/u)為探測(cè)光在第三光纖9傳輸了距離z后的光功率，e為自然對(duì)數(shù)，\為 栗浦信號(hào)光的中心波長(zhǎng)，M為保偏系數(shù)且M的取值范圍為I M 2，A為第三光纖9的有效作用面 積，k為常數(shù)且取k = 2.70 X HT6，1) ,V1為栗浦信號(hào)光的光波頻率且Vl = c/%，其中c為光速 且C = 3X108m/s，％:為第一信道的波數(shù)且
為第i信道的波數(shù)且
為第 一信道的栗浦信號(hào)光的波長(zhǎng)與第i信道的連續(xù)探測(cè)光的波長(zhǎng)之間的頻移且（?-?)的取值 范圍為7.5THz~13ΤΗζ，?:為第一信道的栗浦信號(hào)光中的平均光子頻率，PKt-z/u)為栗浦 信號(hào)光在第三光纖9傳輸了距離z后的光功率，L為第三光纖9的有效作用長(zhǎng)度，N為信道數(shù)量 且為整數(shù);本實(shí)施例中，第一信道的栗浦信號(hào)光的波長(zhǎng)與第二信道的連續(xù)探測(cè)光的波長(zhǎng)之 間的頻移(? -?)取值為121'抱，所述1^的取值為50〇111，所述€[的取值為9(^/1011，所述4的取值為 9.5 X 10_12m2;所述M的取值為2，所述u的取值為2.0 X 108m/s。栗浦信號(hào)規(guī)定峰值時(shí)為"Γ碼， 零值時(shí)為碼，栗浦信號(hào)光只有在"Γ碼時(shí)栗浦信號(hào)光才對(duì)連續(xù)探測(cè)光有放大作用，在"0" 碼時(shí)沒(méi)有放大作用或作用很小;進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后栗浦信號(hào)光的光功率示意圖，如圖5所示， 圖5中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間t，單位為皮秒ps;縱坐標(biāo)表示光功率P，單位為瓦特W;與圖3栗浦信 號(hào)光的光功率相比，其"Γ碼功率減小到1.8W左右，"0"碼沒(méi)有改變；
[0029] 步驟五、所述分波器10對(duì)攜帶有栗浦信號(hào)光上信息且混合在一起的多個(gè)連續(xù)探測(cè) 光進(jìn)行分離，輸出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后的探測(cè)光;波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后連續(xù)探測(cè)光的光功率示意圖，如圖6所 示，橫坐標(biāo)均表示時(shí)間t，單位為皮秒ps ;縱坐標(biāo)均表示光功率P，單位為瓦特W;其攜帶了與 信號(hào)光相同的信息，"Γ碼功率變?yōu)榱?.1 X HT5W，"0"碼功率變?yōu)榱?.4X KT5I
[0030] 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)成本低，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換速率快、帶寬寬，能夠透明 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，并且實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0031] 顯然，以上所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施 例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲 得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，包括脈沖激光器、偽隨機(jī)序列發(fā)生器、 馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器、摻鉺光纖放大器、連續(xù)探測(cè)光激光器、合波器、分波器和光接收機(jī)，其特 征在于，所述脈沖激光器的輸出端通過(guò)第一光纖與偽隨機(jī)序列發(fā)生器的輸入端連接，所述 偽隨機(jī)序列發(fā)生器的輸出端通過(guò)第一光纖與馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的輸入端連接，所述馬赫曾 德?tīng)栒{(diào)制器的輸出端通過(guò)第一光纖與摻鉺光纖放大器的輸入端連接，所述摻鉺光纖放大器 的輸出端通過(guò)第一光纖與合波器的輸入端連接，若干個(gè)所述連續(xù)探測(cè)光激光器的輸出端通 過(guò)第二光纖與合波器的輸入端連接，所述合波器的輸出端通過(guò)第三光纖與分波器的輸入端 連接，所述分波器的輸出端通過(guò)第四光纖與若干個(gè)所述光接收機(jī)輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所 述連續(xù)探測(cè)光激光器的中心波長(zhǎng)各不相同且任意一個(gè)的中心波長(zhǎng)均大于摻鉺光纖放大器 輸出的中心波長(zhǎng)。3. 據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光子晶體光纖全光喇曼波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述 第三光纖為高非線(xiàn)性光子晶體光纖，光子晶體光纖歸一化拉曼增益譜在7.5THz~13THz的 頻移范圍內(nèi)，歸一化喇曼增益系數(shù)范圍為2. 1~6.51?^1!^1。
【文檔編號(hào)】G02F1/35GK205539859SQ201620040482
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日
【發(fā)明人】鞏稼民, 孟令賀, 楊萌, 張正軍, 王貝貝, 徐嘉馳, 柳華勃, 沈楠, 沈一楠, 蔣亮, 劉玉
【申請(qǐng)人】西安郵電大學(xué)