[發明專利]增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器及方法

有效

• 申請號: 201310046095.6
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103091934A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 徐軍華;李棟;趙云;左旭;袁心易;冷斌;侯斌;侯雪梅;鞏明輝
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39;H04B10/2537
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器，其特征在于：包括用于輸出信號光的信號光發生器（1）、用于對信號光發生器（1）輸出的信號光進行放大形成泵浦信號光的摻鉺光纖放大器（2）、用于輸出多個連續探測光的多個探測光激光器（3）和用于輸出連續泵浦光的連續泵浦激光器（4），以及用于對所述泵浦信號光和多個連續探測光進行耦合的第一合波器（5），所述信號光發生器（1）的輸出端通過第一光纖（6）與所述摻鉺光纖放大器（2）的輸入端連接，所述摻鉺光纖放大器（2）的輸出端通過第一光纖（6）與所述第一合波器（5）的輸入端連接，多個所述探測光激光器（3）的輸出端分別對應通過多根第二光纖（7）與所述第一合波器（5）的輸入端相接，所述第一合波器（5）的輸出端通過用于通過受激拉曼散射放大過程來進行波長轉換的第一段第三光纖（8）連接有用于輸出波長轉換后的多個探測光的第一分波器（9），所述第一分波器（9）的輸出端通過多根第四光纖（10）連接有用于對所述連續泵浦光和波長轉換后的多個探測光進行耦合并輸出功率各不相等的信號光的第二合波器（11），所述連續泵浦激光器（4）通過第五光纖（12）與所述第二合波器（11）的輸入端相接，所述第二合波器（11）的輸出端通過用于對所述第二合波器（11）輸出的功率各不相等的信號光進行增益補償的第二段第三光纖（13）連接有用于輸出光功率值相等的轉換信號光的第二分波器（14），多個所述探測光激光器（3）的中心波長各不相同且多個所述探測光激光器（3）中任意一個的中心波長λ_i均大于所述信號光發生器（1）的中心波長λ₁和所述連續泵浦激光器（4）的中心波長λ_P，且的取值范圍為400cm^-1～450cm^-1，的取值范圍為490cm^-1～540cm^-1，其中，i為信道數且i的取值為2～N，N為信道總數且為整數。

2.按照權利要求1所述的增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器，其特征在于：所述信號光發生器（1）由依次電連接的脈沖激光器（1-1）、偽隨機序列發生器（1-2）和馬增調制器（1-3）構成。

3.按照權利要求1所述的增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器，其特征在于：所述第一段第三光纖（8）和第二段第三光纖（13）均為高非線性光纖，所述高非線性光纖在1370nm～1700nm的波長范圍內非線性系數范圍為10W^-1km^-1～37W^-1km^-1，所述高非線性光纖在波長1550nｍ處的非線性系數為36.2W^-1km^-1，所述高非線性光纖在1370nm～1700nm的波長范圍內色散值范圍為0～0.6ps/(nm·km)，所述高非線性光纖在1370nm～1700nm的波長范圍內色散斜率范圍為-0.2～0.2。

4.按照權利要求1所述的增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器，其特征在于：所述第一段第三光纖（8）的有效作用長度L與所述第二段第三光纖（13）的有效作用長度L′滿足計算公式：[kP_p(0)L+k′P_p′(0)L′]=0，其中，k為第一段第三光纖（8）頻移范圍為400cm^-1～450cm^-1內的拉曼增益效率擬合直線斜率且取值為2.0×10^-3km^-1·w^-1/cm^-1，k'為第二段第三光纖（13）頻移范圍為490cm^-1～540cm^-1內的拉曼增益效率擬合直線斜率且取值為-8.2×10^-3km^-1w^-1/cm^-1，P_p(0)為所述泵浦信號光在第一段第三光纖（8）中的峰值功率，P_p′(0)為所述連續泵浦光在第二段第三光纖（13）中的峰值功率。

5.一種利用如權利要求1所述增益平坦的拉曼光纖波長轉換耦合器的波長轉換方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、選擇中心波長為λ₁的信號光發生器（1），信號光發生器（1）輸出信號光并經過第一光纖（6）傳輸給摻鉺光纖放大器（2）；

步驟二、通過摻鉺光纖放大器（2）對信號光發生器（1）輸出的信號光進行功率放大形成泵浦信號光，使得所述泵浦信號光的功率達到或超過受激拉曼散射效應的閾值，并將所述泵浦信號光通過第一光纖（6）傳輸給第一合波器（5）；

步驟三、根據頻移計算公式Δv=(1/λ₁)—(1/λ_i)選擇多個中心波長各不相同的探測光激光器（3），其中λ_i為多個所述探測光激光器（3）中任意一個的中心波長，多個所述探測光激光器（3）輸出多個連續探測光并經過多根第二光纖（7）傳輸給第一合波器（5）；其中，Δv為頻移量且Δv的取值范圍為400cm^-1～450cm^-1；

步驟四、通過第一合波器（5）將第一光纖（6）傳輸的所述泵浦信號光和多根第二光纖（7）分別傳輸的多個連續探測光耦合輸入到第一段第三光纖（8）中；

步驟五、第一段第三光纖（8）根據公式

P1i=Pi(t-z/u)·e-αz·e-G1i,i=2...NGli=-kλ1MA(v~1-v~i)·P1(t-z/u)·v‾v1·L,i=2...NL=1-e-αzα]]>

并通過受激拉曼散射放大過程進行波長轉換，將泵浦信號光上所攜帶的信息轉換到多個連續探測光上并傳輸給第一分波器（9）；其中，P_1i為連續探測光在第一段第三光纖（8）中傳輸時與泵浦信號光相互作用后的光功率，α為光功率在第一段第三光纖（8）中的衰減系數，z為光在第一段第三光纖（8）中傳輸的距離，t為傳輸距離z所用的時間，u為光在第一段第三光纖（8）中的群速度，G_1i為第一信道與第i信道之間的增益，P_i(t-z/u)為探測光在第一段第三光纖（8）傳輸了距離z后的光功率，e為自然對數，λ₁為泵浦信號光的中心波長，M為保偏系數且M的取值范圍為1≤M≤2，A為第一段第三光纖（8）的有效作用面積，k為常數且取k=2.0×10^-3km^-1·w^-1/cm^-1，v₁為泵浦信號光的光波頻率且c為光速且c=3×10⁸m/s，為第一信道的波數且為第i信道的波數且為第一信道的泵浦信號光的波長與第i信道的連續探測光的波長之間的頻移且的取值范圍為400cm^-1～450cm^-1，為第一信道的泵浦信號光中的平均光子頻率，P₁(t-z/u)為泵浦信號光在第一段第三光纖（8）傳輸了距離z后的光功率，L為第一段第三光纖（8）的有效作用長度，i為信道數，N為信道總數且為整數；

步驟六、所述第一分波器（9）對攜帶有泵浦信號光上信息且混合在一起的多個連續探測光進行分離，輸出波長轉換后的多個探測光，多個所述探測光的光功率各不相同；

步驟七、選擇中心波長為λ_P的連續泵浦激光器（4），連續泵浦激光器（4）輸出連續泵浦光并經過第五光纖（12）傳輸給第二合波器（11）；

步驟八、通過第二合波器（11）將第五光纖（12）傳輸的所述連續泵浦光和多根所述第四光纖（10）分別傳輸的多個探測光耦合輸入到第二段第三光纖（13）中；

步驟九、第二段第三光纖（13）根據公式

[kP_p(0)L+k′P_pi(0)L′]=0

并通過受激拉曼散射放大過程進行增益補償，對多個所述探測光的光功率進行調節，使得多個所述探測光的光功率相等并傳輸給第二分波器（14）；其中，k為第一段第三光纖（8）頻移范圍為400cm^-1～450cm^-1內的拉曼增益效率擬合直線斜率且取值為2.0×10^-3km^-1·w^-1/cm^-1，k′為第二段第三光纖（13）頻移范圍為490cm^-1～540cm^-1內的拉曼增益效率擬合直線斜率且取值為-8.2×10^-3km^-1w^-1/cm^-1，e為自然對數，P_p(0)為所述泵浦信號光在第一段第三光纖（8）中的峰值功率，P_p′(0)為所述連續泵浦光在第二段第三光纖（13）中的峰值功率，L為第一段第三光纖（8）的有效作用長度，L′為第二段第三光纖（13）的有效作用長度；

步驟十、所述第二分波器（14）對混合在一起的多個光功率相等的探測光進行分離，輸出增益補償后的多個光功率相等的探測光。