[實用新型]一種級聯和頻與差頻全光波長轉換器

有效

• 申請號: 201420021451.9
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN203673195U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 黃芳;張昕;覃波;鞠濤;李沼云;覃良標;付益
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十四研究所
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

技術領域

本實用新型屬于光通信技術領域，具體涉及了一種級聯和頻與差頻全光波長轉換器，即一種基于PPLN光波導的級聯和頻與差頻型的全光波長轉換器，主要適用于密集波分復用光通信系統。

背景技術

在光通信技術領域，需要大容量和高速率的數據傳輸。在光纖通信系統中，密集波分復用（DWDM）能特別顯著的提高其傳輸容量，密集波分復用光通信系統是當前發展前途最被看好的技術。全光波長轉換器是密集波分復用光通信網絡的關鍵性能器件之一，全光波長轉換器實現信息從一個波長的光載波到另一個波長的光載波的復制，有助于波長再利用，有效進行動態路由選擇，降低網絡阻塞率，進而可以提高光網絡的靈活性和可擴充性，實現開放式DWDM系統中光信號的轉發。

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），激光增益飽和吸收效應，電吸收調制（EA），非線性光學環形鏡（NOLM），四波混頻（FWM），二階非線性效應等。現有方案中，基于周期極化鈮酸鋰光波導，簡稱為PPLN光波導，的全光波長轉換技術，因PPLN光波導的二階非線性效應具有獨特的優越性，如對信號比特率和調制形式嚴格透明、多波長同時轉換能力、鏡像波長變換特性、噪聲指數極低、響應速度快，以及轉換帶寬很寬等，因而基于PPLN光波導的全光波長轉換技術近年來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。但是這些技術均存在著缺陷。

DFG型全光波長轉換器雖然轉換效率較高，但由于其所用的泵浦光（0.775μm）和信號光（1.5μm）處于不同波段，而且相差很大，DFG型全光波長轉換器難以很好地把泵浦光和信號光同時耦合進入波導，難以同時實現泵浦光和信號光在光波導內的單模傳輸。

基于級聯倍頻和差頻的SHG+DFG型波長轉換器解決了DFG型波長轉換器遇到的困難，注入的泵浦光和信號光同處于1.5μm波段，可實現1.5μm波段的全光波長轉換。但是，由于級聯倍頻和差頻過程中泵浦光占據了信號光的波段，這是很多DWDM系統所不允許的。而且倍頻（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，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閑頻光的可調諧輸出，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。

基于級聯和頻與差頻（SFG+DFG）的全光波長轉換器可以同時解決DFG型和傳統級聯倍頻和差頻的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波長轉換。基于級聯和頻與差頻（SFG+DFG）具有二階級聯非線性效應，置于信號光波段窗口的兩邊的第一泵浦光和第二泵浦光的波長近似關于倍頻（SHG）過程準相位匹配波長對稱，第一泵浦光的波長為λ₁、頻率為ω₁，第二泵浦光的波長為λ₂、頻率為ω₂。泵浦波長與信號波長相近容易實現最佳耦合又不會占用信號波段。調節第一、第二泵浦光，使第一泵浦光波長和第二泵浦光波長滿足或近似滿足和頻（SFG）過程的準相位匹配條件，此時第一、第二泵浦光發生和頻（SFG）反應，產生和頻光，和頻光波長為λ_SF、頻率為ω_SF，ω_SF=ω_p1+ω_p2。與此同時，信號光（波長為λ_S、頻率為ω_S）與和頻光發生差頻（DFG）相互作用得到轉換閑頻光（波長為λ_i、頻率為ω_i），ω_i=ω_SF-ω_s。根據能量守恒原理，信號光，第一泵浦光，第二泵浦光，和頻光以及轉換閑頻光的波長滿足以下關系式：

SFG:1/λ_SF=1/λ_p1+1/λ_p2

DFG:1/λ_i=1/λ_SF-1/λ_s