[發明專利]一種基于光子晶體光纖四波混頻效應的全光波長轉換器

無效

• 申請號: 201110167147.6
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102841480A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 王彥斌;侯靜;李熒;宋銳;楊未強;陳子倫;奚小明;王天武;陸啟生
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/35;G02B6/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

技術領域

本發明涉及一種全光波長轉換器，具體涉及一種基于光子晶體光纖四波混頻效應的全光波長轉換器，用于轉換入射激光束的波長和產生特定波長的激光束。

背景技術

全光波長轉換器是實現全光網絡的重要器件。通過該器件進行波長轉換可以提高光網絡中波長的利用率，增加網絡的靈活性和可擴展性，降低網絡的阻塞率。全光波長轉換器是利用一些介質的非線性效應將輸入的光信號直接轉移到新的波長上。根據工作原理的不同，全光波長轉換器可以分為兩大類：基于光調制原理的波長轉換器和基于光混頻原理的波長轉換器。基于光調制原理的波長轉換器只適用于強度調制的信號，所以只能達到有限的透明性，不能實現嚴格的透明?；诠饣祛l原理的波長轉換器，主要是利用非線性光學中的四波混頻效應。當一束或者幾束激光在非線性介質中傳輸時，滿足相位匹配的條件下將發生四波混頻效應。相同泵浦光產生的四波混頻效應稱為簡并的四波混頻效應，不同泵浦光作用產生的四波混頻效應稱為非簡并的四波混頻效應?；祛l效應的結果是產生了新頻率的激光束，新頻率的激光束其相位和頻率是入射激光的線性組合，因此基于光混頻原理的波長轉換器能夠保留原始的相位和幅度信息，提供極為透明的波長轉換。

中國專利申請號為200410066256.9提供了一種“基于激光器四波混頻效應的全光波長轉換器”，采用環行器將角頻率為ω_s的信號光注入到工作波長為ω_p的光纖光柵外腔半導體激光器有源介質中，利用四波混頻效應產生角頻率為2ω_p-ω_s的閑頻光，來實現波長轉換。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述現有技術的狀況及存在的問題，而提供一種基于光子晶體光纖四波混頻效應的全光波長轉換器，由一臺激光器同時提供泵浦源和轉換波長，因此，該全光波長轉換器具有結構簡單、成本低廉等優點，另外，通過設計光子晶體光纖的結構參數，該全光波長轉換器可以實現較大范圍的波長轉換。

本發明采用的技術方案是：這種基于光子晶體光纖四波混頻效應的全光波長轉換器，由激光器、光子晶體光纖和光學濾波器組成，激光器為輸出脈寬在幾十皮秒量級以上的長脈沖激光器或連續激光器，輸出泵浦光，同時提供轉換波長；光子晶體光纖接收并傳輸上述激光器的輸出光，激光束在光子晶體光纖中傳輸時產生簡并的四波混頻效應；從光子晶體光纖輸出的激光束，通過中心波長為λ和合適帶寬的窄帶光學濾波器，即可獲得波長為λ的激光束。

上述技術方案中，設計光子晶體光纖的結構參數，能使四波混頻效應產生的參量波長為要轉換產生的波長為λ激光束。

上述技術方案中，所述光子晶體光纖的結構參數包括空氣孔的大小和空間距；所述四波混頻效應產生的參量波長為信號光或者空閑光。

上述技術方案中，所述四波混頻效應轉換產生波長為λ的激光束，光子晶體光纖結構參數的設計過程如下：首先，采用基于多極法的CUDOS軟件或者基于有限元法的COMSOL軟件，計算參考光子晶體光纖中導模的傳播常數β，進而可以計算泵浦波長λ_p處的各階色散系數β_m；然后將色散系數β_m代入簡并四波混頻效應的相位匹配條件^[1]：?

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式中Ω_s=ω_s-ω_p為信號光頻率ω_s相對于泵浦光ω_p的頻移，γ為光纖的非線性系數，P₀為泵浦脈沖的峰值功率；數值求解方程(1)檢驗產生的信號光或者空閑光是否為需要轉換產生的激光束λ；如果不是要產生的激光束λ，那么結合光子晶體光纖靈活可調的色散特性，在參考光纖的基礎上調整其結構參數，直到獲得能夠產生波長為λ激光束的光子晶體光纖結構參數為止。