[發明專利]一種硅基片上的三維混合復用信號全光波長轉換裝置

有效

• 申請號: 202110756605.3
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113484952B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 高士明;陳寶寶;趙義
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/122;G02B6/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種硅基片上的三維混合復用信號全光波長轉換裝置。本發明的波長轉換裝置主要由橫磁模解復用器、3個橫電模解復用器、2個橫電模復用器、2個偏振分束旋轉器和2個多模非線性波導構成，具有雙偏振雙模式多波長的信號光和泵浦光同時輸入到波長轉換裝置中，經波長轉換裝置后將信號光和泵浦光全光波長轉換生成攜帶與信號光相同數據的閑頻光。本發明能將多路信號同時加載至同一多模波導的基模和第一高階模上，形成模式復用，同時結合偏振復用技術，利用已色散優化的多模非線性波導，實現混合復用信號的全光波長轉換，提高通信系統的傳輸容量和動態波長路由網絡靈活性；可用于全光通信網絡中波長路由和超大容量信號處理等領域。

技術領域

本發明涉及光波導領域的一種硅基片上全光波長轉換裝置，特別是涉及一種硅基片上的三維混合復用信號全光波長轉換裝置。

背景技術

全光波長轉換長期以來被認為是提高動態波長路由網絡靈活性的理想方案。同時，隨著當今萬物互聯的信息社會對光通信高帶寬容量需求的不斷提高，平面光波導集成器件技術的日益發展，人們開始充分挖掘和利用硅基波導中的波分復用（WDM）技術、模式復用（MDM）技術以及偏振復用（PDM）技術來增加通信容量。光通信網絡為了實現波長的重復利用，對于不同維度的復用信號的全光波長轉換的研究是大勢所趨。

然而，由于多模非線性波導中模式間串擾、相位匹配難以控制和偏振敏感等技術難題，使多維混合復用信號的全光波長轉換的研究進展緩慢。實現多維混合復用信號的全光波長轉換的要求：一方面要求有相對較大的轉換帶寬和盡量高的轉換效率，可實現多波長復用，在光通信系統中可減少信道堵塞；另一方面需要具有相對低的模間串擾和損耗，保證信息完整無誤高質量地在信道中進行傳輸。近日，人們提出采用色散優化的方法，可提高波長轉換效率，并有效減小了模間串擾，因而成為研究熱點。對于全光波長轉換系統，其核心器件是多模非線性波導，用于實現基于四波混頻效應的多模信號的高效率轉換。文獻：YanqiaoXie ,ShimingGao and Sailing He ,“All-optical wavelength conversion andmulticasting for polarization-multiplexed signal using angled pumps in asilicon waveguide，”Opt. Let.37(11),1898-1900,2012給出了一種雙偏振復用信號的全光波長轉換方案。文獻：Zijun Xu , Qiang Jin , Zhihua Tu and Shiming Gao ,“All-optical wavelength conversion for telecommunication mode-divisionmultiplexing signals in integrated silicon waveguides，”Appl.Opt.57,5036-5042,2018給出了一種用于雙模式復用信號波長轉換的非線性波導的設計方案。在此基礎上，文獻：Baobao Chen ,Junfan Chen ,Yi Zhao and Shiming Gao ,“Silicon-based on-chipall-optical wavelength conversion for two-dimensional hybrid multiplexingsignals，”J. Nonlinear. Opt. Phys. Mater. 28(3),1950034,2019給出了一種實現多波長雙模式信號的全光波長轉換器件，可實現多個波長的基模和高階模信號的高效率全光波長轉換。然而這種器件只能實現信號的橫電模的波長轉換，通常需要偏振控制器和橫電模的耦合光柵的配合。因此，現有技術缺少一種同時適合偏振復用信號、波分復用信號和模式復用信號且寬帶高效率的全光波長轉換方法。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種硅基片上的三維混合復用信號全光波長轉換裝置，利用模式解-復用技術和偏振分束旋轉技術，同時結合優化色散的方法，能將三維混合信號同時實現寬帶高效全光波長轉換。

本發明為解決其技術問題采用的技術方案是：