本发明专利技术公开了一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置，包括沿顺时针方向依次光路连接的第一光耦合器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、ＰＰＬＮ光波导、光隔离器、第二光耦合器和泵浦光波长选择器，构成内置ＰＰＬＮ光波导的环形腔激光器。ＰＰＬＮ光波导对信号光和环形腔激光器内部激射产生的泵浦光进行处理，使其发生非线性效应实现波长转换；转换得到的转换空闲光从第二光耦合器输出。本发明专利技术一方面充分利用ＰＰＬＮ光波导中两种级联二阶非线性效应实现多种全光波长转换功能，大大提高了波长转换的灵活性；另一方面利用装置内部的环形腔激光器产生泵浦光，摆脱了以往对昂贵的外腔激光器作为外界泵浦光源的依靠，装置结构简单容易实现，成本大大降低，而且运行可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非线性光学混频
和全光信号处理
，具体涉及一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置。
技术介绍
全光波长转换器能够将一个光波长所携带的信息完全复制到另一个光波长上，是未来密集波分复用(DWDM)光网络中不可缺少的关键器件。波长转换技术有助于实现波长再利用，有效进行动态路由选择，降低网络拥挤阻塞率，进而可以提高光网络的灵活性和可扩充性。目前常用的全光波长转换技术主要包括：交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)、非线性光学环形镜(NOLM)、激光器增益饱和效应、四波混频(FWM)、二阶非线性效应等等。在这些方案中，基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)无源光波导二阶非线性效应的波长转换技术具有独特的优越性，其最大的特点是响应速度快以及波长转换过程的严格透明性，表现为与信号的比特率和调制格式无关，因而近年来正在受到各国科技工作者的高度重视。目前国内外在基于PPLN光波导二阶非线性效应的波长转换方面已经开展了许多非常有意义的工作，主要包括基于直接差频(DFG)，基于级联倍频和差频(SHG+DFG)，基于级联和频与差频(SFG+DFG)等二阶以及级联二阶非线性效应的波长转换技术。DFG型波长转换由于泵浦光(0.77μm)和信号光(1.5μm)处于不同波段，因此难以同时实现泵浦光和信号光在光波导内的单模传输。SHG+DFG型波长转换解决了DFG型波长转换器遇到的困难，注入泵浦光和信号光同处于1.5μm波段，可以实现1.5μm波段的全光波长转换。尽管如此，由于在SHG+DFG过程中位于倍频(SHG)过程准相位匹配(QPM)波长处的泵浦光波长响应带宽非常窄(～0.3nm)，-->因此，对于固定输入的信号光，传统的SHG+DFG型波长转换器难以实现转换空闲光的可调谐输出，而可调谐的波长转换对于增强网络管理的灵活性又是非常重要的。SFG+DFG型波长转换可以同时解决DFG型和传统SHG+DFG型波长转换器所遇到的问题，一方面所有入射光均处于1.5μm波段，另一方面即使对于固定波长输入的信号光也可以方便地实现可调谐的波长转换。例如：2003年Y.H.Min等人在文章“Tunable all-opticalwavelength conversion of 5ps pulses by cascaded sum-and differencefrequency generation(cSFG/DFG)in a Ti:PPLN waveguide，”in Proc.OpticalFiber Communications Conf，vol.2，Mar.，23-28 2003，pp.767-768中，首次实验报道了基于SFG+DFG重复频率为10GHz、脉宽为5ps的脉冲信号光的可调谐波长转换。然而，在已经报道的SHG+DFG和SFG+DFG型波长转换方案中，需要使用昂贵的外腔激光器作为外界泵浦光源，特别是基于SFG+DFG的波长转换需要同时使用两个外界泵浦光源，这就大大增加了波长转换器的复杂性并提高了系统的成本。尽管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的腔内波长转换以节省一个外界泵浦光源，但由于泵浦光位于SHG过程的准相位匹配波长处因而无法实现可调谐的腔内波长转换。另外，基于SFG+DFG的腔内波长转换因为需要同时节省两个外界泵浦光源到目前为止还没有相关的研究报道。除此之外，已有的波长转换大都还停留在单信道-单信道的波长转换，对单信道-双信道的可调谐波长转换、单信道-多信道(“广播式”)的可调谐波长转换、以及多信道同时转换等方面的关注还比较少。鉴于此，如何对传统SHG+DFG型波长转换方案进行改进以实现可调谐功能，如何设计无需注入外界泵浦光的基于PPLN环形腔结构的多功能波长转换器(单信道-单信道、单信道-双信道、单信道-多信道可调谐波长转换以及多信道同时转换)将具有实际的研究应用价值。
技术实现思路
-->本专利技术的目的在于提供一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置，该装置具有结构简单、成本低、运行可靠和扩展性好的特点。本专利技术提供的一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置，其特征在于：该装置包括沿顺时针方向依次光路连接的第一光耦合器、掺铒光纤放大器、偏振控制器、PPLN光波导、光隔离器、第二光耦合器和泵浦光波长选择器，构成第一环形腔激光器；其中第一光耦合器对进入的光波进行耦合，再经掺铒光纤放大器放大后通过偏振控制器对光波的偏振态进行调整，然后进入PPLN光波导；泵浦光由内置PPLN光波导的第一环形腔激光器内部激射产生，泵浦光在环形腔中沿顺时针方向依次传输，泵浦光波长由泵浦光波长选择器决定；PPLN光波导用于对信号光和第一环形腔激光器内部激射产生的泵浦光进行处理，使其发生非线性效应实现波长转换；光隔离器用于保证环形腔内光波沿顺时针方向单向传输，转换得到的转换空闲光从第二光耦合器输出。本专利技术针对现有全光波长转换技术存在的不足，提供一种基于PPLN光波导环形腔结构的全光波长转换装置。该装置一方面充分利用PPLN光波导中的两种级联二阶非线性效应实现多种全光波长转换功能，大大提高了波长转换的灵活性；另一方面利用装置内部的环形腔激光器产生泵浦光，摆脱了以往对昂贵的外腔激光器作为外界泵浦光源的依靠，装置结构简单，容易实现，成本大大降低，而且运行可靠。具体而言，本专利技术与现有的波长转换技术和装置相比具有如下优点：其一、基于PPLN二阶非线性效应的全光波长转换与基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制和交叉相位调制等的波长转换以及基于光纤四波混频的波长转换相比具有显著的优势。(1)、相比于半导体光放大器，PPLN光波导是无源光波导，因此在波长转换过程中PPLN光波导自身不会引入自发辐射噪声的影响；(2)、相比于光纤四波混频，PPLN具有更高的非线性系数有利于非线性-->效应的进行，而且PPLN光波导结构紧凑易于集成和模块化，性能可靠；(3)、PPLN光波导中有倍频(SHG)、和频(SFG)、差频(DFG)等丰富的二阶非线性效应以及相互间的级联二阶非线性效应，如级联倍频和差频(SHG+DFG)以及级联和频与差频(SFG+DFG)，这些大大增加了基于PPLN光波导二阶非线性效应波长转换的可选择性；(4)、基于PPLN光波导二阶非线性效应的波长转换还具有如下一些理想波长转换器的特点：①超快的响应速度(fs量级)；②与信号的比特率和调制格式无关；③多波长同时转换和较宽的动态变换范围；④光谱和啁啾反转可用于色散补偿；⑤参量放大；⑥转换过程无内部频率啁啾。其中超快的响应速度和对信号比特率及调制格式无关的特性可以增强对40Gbit/s及以上速率的高速信号以及各种新型调制格式信号(如归零码RZ，载波抑制归零码CSRZ，差分相移键控码DPSK，光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置，其特征在于：该装置包括沿顺时针方向依次光路连接的第一光耦合器（４）、掺铒光纤放大器（３）、偏振控制器（５）、ＰＰＬＮ光波导（１）、光隔离器（６）、第二光耦合器（７）和泵浦光波长选择器（２），构成第一环形腔激光器；其中第一光耦合器（４）对进入的光波进行耦合，再经掺铒光纤放大器（３）放大后通过偏振控制器（５）对光波的偏振态进行调整，然后进入ＰＰＬＮ光波导（１）；泵浦光由内置ＰＰＬＮ光波导的第一环形腔激光器内部激射产生，泵浦光在 环形腔中沿顺时针方向传输，泵浦光波长由泵浦光波长选择器（２）决定；ＰＰＬＮ光波导（１）用于对信号光和第一环形腔激光器内部激射产生的泵浦光进行处理，使其发生非线性效应实现波长转换；光隔离器（６）用于保证环形腔内光波沿顺时针方向单向传输，转换得到的转换空闲光从第二光耦合器（７）输出。
【技术特征摘要】
1、一种基于铌酸锂光波导环形腔的全光波长转换装置，其特征在于：该装置包括沿顺时针方向依次光路连接的第一光耦合器(4)、掺铒光纤放大器(3)、偏振控制器(5)、PPLN光波导(1)、光隔离器(6)、第二光耦合器(7)和泵浦光波长选择器(2)，构成第一环形腔激光器；其中第一光耦合器(4)对进入的光波进行耦合，再经掺铒光纤放大器(3)放大后通过偏振控制器(5)对光波的偏振态进行调整，然后进入PPLN光波导(1)；泵浦光由内置PPLN光波导的第一环形腔激光器内部激射产生，泵浦光在环形腔中沿顺时针方向传输，泵浦光波长由泵浦光波长选择器(2)决定；PPLN光波导(1)用于对信号光和第一环形腔激光器内部激射产生的泵浦光进行处理，使其发生非线性效应实现波长转换；光隔离器(6)用于保证环形腔内光波沿顺时针方向单向传输，转换得到的转换空闲光从第二光耦合器(7)输出。2、根据权利要求1所述的全光波长转换装置，其特征在于：外界信号光经第一光耦合器(4)注入装置内；泵浦光波长选择器(2)由可调光衰减器(8)和可调谐滤波器(9)组成。3、根据权利要求1所述的全光波长转换装置，其特征在于：外界信号光经第一光耦合器(4)注入装置内；泵浦光波长选择器(2)包括光环形器(10)、第一可调光衰减器(8)和第一光纤布拉格光栅(11)；光环形器(10)的端口b与第一可调光衰减器(8)相连，第一光纤布拉格光栅(11)与第一可调光衰减器(8)相连，光环形器(10)的端口a、c分别与第二、第一光耦合器(7、4)相连。4、根据权利要求1所述的全光波长转换装置，其特征在于：外界信号光经第一光耦合器(4)注入装置内；泵浦光波长选择器(2)的结构为：第一可调谐滤波器(9)和第一可调光衰减器(8)相连形成支路，第二可调光衰减器(12)和第二可调谐滤波器(13)相连形成另一支路，这二条支路并行连接后分别与第三、第四光耦合器(14、15)相连，第三、第四光耦合器(14、15)的另一端分别与第二、第一光耦合器(7、4)相连。5、根据权利要求1所述的全光波长转换装置，其特征在于：外界信号光经第一光耦合...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙军强，王健，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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