[發明專利]一種基于非線性光波導的全光波長轉換裝置

無效

• 申請號: 200810090831.7
• 申請日: 2006-12-01
• 公開（公告）號: CN101303507A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 孫軍強;王健
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39;H04B10/12;H04B10/17
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及非線性光學混頻技術領域和全光信號處理技術領域，具體涉及一種基于非線性光波導的全光波長轉換裝置。

背景技術

全光波長轉換器能夠將一個光波長所攜帶的信息完全復制到另一個光波長上，是未來密集波分復用(DWDM)光網絡中不可缺少的關鍵器件。波長轉換技術有助于實現波長再利用，有效進行動態路由選擇，降低網絡擁擠阻塞率，進而可以提高光網絡的靈活性和可擴充性。目前常用的全光波長轉換技術主要包括：交叉增益調制(XGM)、交叉相位調制(XPM)、非線性光學環形鏡(NOLM)、激光器增益飽和效應、四波混頻(FWM)、二階非線性效應等等。在這些方案中，基于周期極化反轉鈮酸鋰(PPLN)無源光波導二階非線性效應的波長轉換技術具有獨特的優越性，其最大的特點是響應速度快以及波長轉換過程的嚴格透明性，表現為與信號的比特率和調制格式無關，因而近年來正在受到各國科技工作者的高度重視。

目前國內外在基于PPLN光波導二階非線性效應的波長轉換方面已經開展了許多非常有意義的工作，主要包括基于直接差頻(DFG)，基于級聯倍頻和差頻(SHG+DFG)，基于級聯和頻與差頻(SFG+DFG)等二階以及級聯二階非線性效應的波長轉換技術。DFG型波長轉換由于泵浦光(0.77μm)和信號光(1.5μm)處于不同波段，因此難以同時實現泵浦光和信號光在光波導內的單模傳輸。SHG+DFG型波長轉換解決了DFG型波長轉換器遇到的困難，注入泵浦光和信號光同處于1.5μm波段，可以實現1.5μm波段的全光波長轉換。盡管如此，由于在SHG+DFG過程中位于倍頻(SHG)過程準相位匹配(QPM)波長處的泵浦光波長響應帶寬非常窄(～0.3nm)，因此，對于固定輸入的信號光，傳統的SHG+DFG型波長轉換器難以實現轉換空閑光的可調諧輸出，而可調諧的波長轉換對于增強網絡管理的靈活性又是非常重要的。SFG+DFG型波長轉換可以同時解決DFG型和傳統SHG+DFG型波長轉換器所遇到的問題，一方面所有入射光均處于1.5μm波段，另一方面即使對于固定波長輸入的信號光也可以方便地實現可調諧的波長轉換。例如：2003年Y.H.Min等人在文章“Tunable?all-opticalwavelength?conversion?of?5?ps?pulses?by?cascaded?sum-and?differencefrequency?generation(cSFG/DFG)in?a?Ti：PPLN?waveguide，”in?Proc.OpticalFiber?Communications?Conf.，vol.2，Mar.，23-282003，pp.767-768中，首次實驗報道了基于SFG+DFG重復頻率為10GHz、脈寬為5ps的脈沖信號光的可調諧波長轉換。然而，在已經報道的SHG+DFG和SFG+DFG型波長轉換方案中，需要使用昂貴的外腔激光器作為外界泵浦光源，特別是基于SFG+DFG的波長轉換需要同時使用兩個外界泵浦光源，這就大大增加了波長轉換器的復雜性并提高了系統的成本。盡管C.Q.Xu等人在文章“Intracavity?wavelength?conversions?employing?a?MgO-doped?LiNbO₃quasi-phase-matched?waveguide?and?an?erbium-doped?fiber?amplifier，”J.Opt.Soc.Amer.B，vol.20，No.10，pp.2142-2149，Oct.2003中，提出了基于SHG+DFG的腔內波長轉換以節省一個外界泵浦光源，但由于泵浦光位于SHG過程的準相位匹配波長處因而無法實現可調諧的腔內波長轉換。另外，基于SFG+DFG的腔內波長轉換因為需要同時節省兩個外界泵浦光源到目前為止還沒有相關的研究報道。除此之外，已有的波長轉換大都還停留在單信道-單信道的波長轉換，對單信道-雙信道的可調諧波長轉換、單信道-多信道(“廣播式”)的可調諧波長轉換、以及多信道同時轉換等方面的關注還比較少。鑒于此，如何對傳統SHG+DFG型波長轉換方案進行改進以實現可調諧功能，如何設計無需注入外界泵浦光的基于PPLN環形腔結構的多功能波長轉換器(單信道-單信道、單信道-雙信道、單信道-多信道可調諧波長轉換以及多信道同時轉換)將具有實際的研究應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于鈮酸鋰光波導環形腔的全光波長轉換裝置，該裝置具有結構簡單、成本低、運行可靠和擴展性好的特點。