全光信息交换装置及方法

全光信息交换装置及方法
【专利摘要】本发明实施例公开了全光信息交换装置及方法，以实现全光信息交换。该全光信息交换装置至少包括：二阶非线性光波导、第一光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第一光滤波器、第二光滤波器和第一偏振控制器。在使用时，第一波长/波段信号光可通过第一光滤波器，第二波长/波段信号光可通过第二光滤波器。在本发明实施例中，在二阶非线性光波导的二阶非线性效应的作用下，两波长/波段信号光所携带的数据信息可相互交换，从而实现了全光信息交换。
【专利说明】全光信息交换装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，更具体地说，涉及全光信息交换装置及方法。

【背景技术】
[0002] 在WDM (波分复用）光通信系统中，全光信息交换技术的一种具体表现是，在两个 不同波长之间对其所携带数据信息实现交换，进一步期望可以在多个波长之间或者波段之 间实现数据信息交换。因此，研究如何实现全光信息交换，成为一种热门。


【发明内容】

[0003] 有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供全光信息交换装置及方法，以实现全光 信息交换。
[0004] 为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
[0005] 根据本发明实施例的第一方面，提供一种全光信息交换装置，至少包括：二阶非线 性光波导、第一光稱合器、第三光稱合器、第四光稱合器、第一光滤波器、第二光滤波器和第 一偏振控制器，其中：
[0006] 所述第一偏振控制器的第一端口作为WDM信号光输入端口，其第二端口与所述第 一光稱合器的第一端口相连接；
[0007] 所述第一光稱合器的第二端口作为WDM信号光输出端口，所述第一光稱合器的第 三端口和所述第一光滤波器的第一端口相连接，所述第一光耦合器的第四端口和所述第二 光滤波器的第一端口相连接；
[0008] 所述第一光滤波器的第二端口和所述第三光耦合器的第一端口相连接，所述第二 光滤波器的第二端口和所述第四光耦合器的第一端口相连接；
[0009] 所述二阶非线性光波导的第一端口与所述第三光耦合器的第三端口相连接，所述 二阶非线性光波导的第二端口与所述第四光耦合器的第三端口相连接；
[0010] 所述第三光耦合器的第二端口和所述第四光耦合器的第二端口分别作为控制光 输入端口；
[0011] 所述WDM信号光包括第一波长/波段信号光与第二波长/波段信号光，在使用时， 所述第一波长/波段信号光可通过第一光滤波器，所述第二波长/波段信号光可通过第二 光滤波器。
[0012] 结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括第一光隔离器，所述第一偏振 控制器的第二端口与所述第一光耦合器的第一端口之间通过所述第一光隔离器相连接，所 述第一光隔离器的输入端口与所述第一偏振控制器的第二端口相连接，所述第一光隔离器 的输出端口与所述第一光耦合器的第一端口相连接。
[0013] 结合第一方面，或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式 中，还包括第二光耦合器，所述第二光耦合器的第一端口与所述第三光耦合器的第二端口 相连接，所述第二光耦合器的第二端口与所述第四光耦合器的第二端口相连接。
[0014] 结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，还包括控 制光提供装置。
[0015] 结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述控制 光提供装置包括控制光生成装置和第二偏振控制器中的至少一种。
[0016] 结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，还包括第 二隔离器，所述第二偏振控制器的第一端口与所述控制光生成装置的输出端口相连接，所 述第二偏振控制器的第二端口与所述第二光隔离器的输入端口连接，所述第二光隔离器的 输出端口与所述第二光耦合器的第三端口相连接。
[0017] 结合第一方面，或第一方面的第一种可能的实现方式，或第一方面的第二种可能 的实现方式，或第一方面的第三种可能的实现方式，或第一方面的第四种可能的实现方式， 或第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述二阶非线性光波 导包括，具有二阶非线性光学效应的光波导，所述二阶非线性光学效应包括倍频、和频以及 差频。
[0018] 结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述具有 二阶非线性光学效应的光波导为周期极化反转铌酸锂光波导。
[0019] 根据本发明实施例的第二方面，结合第一方面，或第一方面的第一种可能的实现 方式，或第一方面的第二种可能的实现方式，或第一方面的第三种可能的实现方式，或第一 方面的第四种可能的实现方式，或第一方面的第五种可能的实现方式，或第一方面的第六 种可能的实现方式，或第一方面的第七种可能的实现方式，提供一种全光信息交换方法，所 述方法用于交换WDM信号光中第一波长/波段的信号光与第二波长/波段的信号光所携带 数据信息；
[0020] 所述方法包括：
[0021] 在满足预设条件时，利用所述全光信息交换装置交换WDM信号光中第一波长/波 段信号光与第二波长/波段信号光所携带数据信息；
[0022] 所述预设条件包括：所述第一光滤波器可通过第一波长/波段信号光，所述第二 光滤波器可通过第二波长/波段信号光，所述二阶非线性光波导对应的偏振态、所述输入 的WDM信号光的偏振态和所述控制光的偏振态一致，所述控制光的波长与所述二阶非线性 光波导的准相位匹配波长相等，以及，所述控制光的频率，等于第一波长/波段信号光的中 心频率与第二波长/波段信号光的中心频率之和的二分之一。
[0023] 可见，在本发明实施例中，在二阶非线性效应的作用下，两波长/波段信号光所携 带的数据信息可相互交换，从而实现了全光信息交换。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本发明实施例提供的全光信息交换示意图；
[0026] 图2为本发明实施例提供的全光信息交换装置结构示意图；
[0027] 图3为本发明实施例提供的全光信息交换装置另一结构示意图；
[0028] 图4和图5为本发明实施例提供的二阶非线性光学效应示意图；
[0029] 图6和图7为本发明实施例提供的利用二阶非线性效应进行全光信息交换示意 图；
[0030] 图8为本发明实施例提供的两波长全光信息交换过程示意图；
[0031] 图9为本发明实施例提供的两波段全光信息另一交换过程示意图；
[0032] 图10为本发明实施例提供的全光信息交换装置又一结构示意图；
[0033] 图11为本发明实施例提供的全光信息交换装置又一结构示意图；
[0034] 图12为本发明实施例提供的全光信息交换装置又一结构示意图；
[0035] 图13为本发明实施例提供的全光信息交换装置又一结构示意图。

【具体实施方式】
[0036] 为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结解释如下：
[0037] WDM :wavelength division multiplexing，波分复用；
[0038] QPM :quasi phase matched，准相位匹配。
[0039] 例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保 护的范围。
[0040] 在现有的全光信息交换技术中，如图1所示，以交换两个光波长所携带的数据信 息为例(两信号光的波长分别为A S1、A S2)其过程如下：
[0041] 首先使用两个光滤波器对复合信号光进行分离，分离出第一信号光(波长为X S1) 与第二信号光(波长为XS2)。然后再使用两个波长转换器分别对分离出第一信号光和第 二信号光进行两次独立的波长转换，在进行波长转换后，第一信号光的波长由A S1转换为 AS2，第二信号光的波长由XS2转换为A S1。另外，每个波长转换器之后还需要使用附加的 光滤波器将转换后的第一信号光和第二信号光滤出，最后再将两个经过了信息交换的信号 光进行合波。合波后的复合信号光中，波长为X S2的光，携带了原波长为AS1的光所携带的 数据信息，而合波后波长为A S1的光，携带了原波长为A S2的光所携带的数据信息，从而实 现了全光信息交换。
[0042] 上述现有技术所具有的缺点是：整个过程要经历多次光滤波和光波长转换，其需 要使用两个波长转换器、四个光滤波器等光学元器件。因此，系统复杂，成本高。
[0043] 为迎合研究全光信息交换这一热门，并同时解决现有技术中系统复杂，成本高的 问题。本发明实施例提供了全光信息交换装置和基于全光信息交换装置的全光信息交换方 法。
[0044] 请参见图2,上述全光信息交换装置至少可包括如下器件：
[0045] 二阶非线性光波导1、第一光稱合器2、第三光稱合器3、第四光稱合器4、第一光滤 波器5、第二光滤波器6和第一偏振控制器7,其中：
[0046] 上述第一偏振控制器7的第一端口 71作为WDM信号光输入端口，其第二端口 72 与上述第一光稱合器2的第一端口 21相连接；
[0047] 上述第一光稱合器2的第二端口 22作为WDM信号光输出端口，上述第一光稱合器 2的第三端口 23和上述第一光滤波器5的第一端口 51相连接，上述第一光稱合器2的第四 端口 24和上述第二光滤波器6的第一端口 61相连接；
[0048] 上述第一光滤波器5的第二端口 52和上述第三光稱合器3的第一端口 31相连接， 上述第二光滤波器6的第二端口 62和上述第四光耦合器4的第一端口 41相连接；
[0049] 上述二阶非线性光波导1的第一端口 11与上述第三光稱合器3的第三端口 33相 连接，上述二阶非线性光波导1的第二端口 12与上述第四光耦合器4的第三端口 43相连 接；
[0050] 上述第三光耦合器3的第二端口 32和上述第四光耦合器4的第二端口 42分别作 为控制光输入端口；
[0051] 上述WDM信号光包括第一波长/波段信号光与第二波长/波段信号光，在使用时， 第一波长/波段信号光可通过第一光滤波器5,第二波长/波段信号光可通过第二光滤波器 6。而第一光滤波器5和第二光滤波器6可为低通、高通、带通、带阻或其他更复杂类型的滤 波器，只要能将想要的波长或波段过滤出来即可。
[0052] 需要说明的是，第一光耦合器2的第一端口 21和第二端口 22位于同一侧，第三端 口 23和第四端口 24位于另一侧。相类似，第三光耦合器3的第一端口 31和第二端口 32在 同一侧，第三端口 33在另一侧。第四光f禹合器4的第一端口 41和第二端口 42在同一侧， 第三端口 43在另一侧。
[0053] 同一侧的端口彼此间无信号光传输，异侧的端口彼此间有信号光传输。因此，第一 光奉禹合器2的第一端口 21和第二端口 22之间无信号光传输，第一端口 21与第三端口 23， 第一端口 21与第四端口 24,第二端口 22与第三端口 23、第二端口 22与第四端口 24之间 有信号光传输。
[0054] 同理，第三光稱合器3的第一端口 31和第二端口 32之间无信号光传输，第三端口 33与第一端口 31，第三端口 33与第二端口 32之间有信号光传输；第四光稱合器4的第一 端口 41和第二端口 42之间无信号光传输，第三端口 43与第一端口 41，第三端口 43与第二 端口 42之间有信号光传输。
[0055] 在进行全光信息交换过程中，WDM信号光，从第一光稱合器2的第一端口 71输入， 最终从第二端口 22输出，控制光分别从第三光f禹合器3的第二端口 32和第四光f禹合器4 的第二端口 42输入。
[0056] 在本发明其他实施例中，还可添加其他器件来实现控制光分别从第三光耦合器3 的第二端口 32和第四光耦合器4的第二端口 42输入。例如，参见图3,可添加第二光耦合 器8。其中，第二光耦合器8的第一端口 81与上述第三光耦合器3的第二端口 32相连接， 第二光耦合器8的第二端口 82与上述第四光耦合器4的第二端口 42相连接。
[0057] 第二光稱合器8的第一端口 81和第二端口 82在同一侧，第三端口 83在另一侧。 因此，第一端口 81和第二端口 82之间无信号光传输，第三端口 83与第一端口 81，第三端 口 83与第二端口 82之间有信号光传输。控制光可从第三端口 83输入，然后，分别从第一 端口 81和第二端口 82输出，再分别输入至第三光耦合器3的第二端口 32和第四光耦合器 4的第二端口 42。
[0058] 更具体的，第二光耦合器8可为功率等分光耦合器，这样可实现控制光等分输入 第二端口 32和第二端口 42。同理，上述其他光耦合器亦可为功率等分光耦合器。
[0059] 在介绍上述各器件如何配合实现全光信息交换之前，先介绍下二阶非线性光波导 的工作原理。
[0060] 二阶非线性光波导是指具有二阶非线性光学效应的光波导器件。而二阶非线性光 学效应可包括倍频、和频以及差频等。
[0061] 以一单波长信号光为例，假定信号光的波长为，控制光的波长为XP，并假定， 二阶非线性光波导对应的偏振态、信号光的偏振态、控制光的偏振态三者一致，并且，控制 光的波长与二阶非线性光波导的准相位匹配波长（QPM)相等。需要说明的是，所谓的一 致可指相同，因为三者偏振态相同时，效果最佳。
[0062] 请参见图4和5,向二阶非线性光波导中输入同一传输方向的信号光（A s)和控制 光（A P)，则信号光（A s)和控制光（A p)在二阶非线性光波导中发生二阶非线性光学效应。 在二阶非线性光学效应下，控制光（入P)的光子湮灭产生了倍频光（A SH)的光子，与此同时， 倍频光（X SH)的光子进一步转换为信号光的光子（X s)和新生空闲光的光子（X P。这其中 的波长关系满足1/ A SH=2/ A p=l/ A s+l/ A ,。从频率上讲，则倍频光的频率fSH、控制光的频 率fP、信号光的频率f s和新生空闲光的频率fi之间的关系满足公式fSH=2fP=fs+fi。
[0063] 这样，当向二阶非线性光波导中输入同一传输方向的、携带数据信息的信号光和 连续控制光时，在二阶非线性效应的作用下，信号光所携带的数据信息会复制给空闲光，即 实现了由输入的信号光到输出的空闲光的全光波长转换。
[0064] 接下来考虑，假定需要对两个光波长A S1、A S2所携带的数据信息进行全光信息交 换。如将波长为AS1的信号光作为前述的信号光（^)，令控制光的波长满足公式2/ 入p=l/ X S1+l/ X S2，则根据前述的记载可知，在二阶非线性效应的作用下，新生空闲光的波 长将为AS2 (请参见图6)，并且波长为入S2的新生空闲光携带原波长为AS1的信号光的数 据信息。同理，如将波长为X S2的信号光作为前述的信号光（A s)，仍令控制光的波长:V p满 足公式2/入P=l/入S1+l/入S2，则在二阶非线性效应的作用下，新生空闲光的波长将为入 S1(请 参见图7)，并且波长为入31的新生空闲光携带原波长为入32的信号光的数据信息。
[0065] 也即，令控制光的波长Xp满足公式2/入[)=1/^ 1+1/^2，或者，令控制光的频率 fP、两波长信号光的频率fsi与L满足公式2fP=fsl+f S2,则可实现两个光波长X S1、X S2所携 带的数据信息的互换。
[0066] 在介绍完二阶非线性光波导的工作原理后，下面将介绍各器件如何配合实现全光 信息交换。
[0067] 上述第一光稱合器2、第一光滤波器5、第二光滤波器6、第三光稱合器3、二阶非线 性光波导1和第四光耦合器4构成环形结构。
[0068] 仍以对两个光波长A S1、A S2所携带的数据信息进行全光信息交换为例，假定波长 为XS1的光可通过第一光滤波器5,而波长为X S2的光可通过第二光滤波器6。在满足一定 的预设条件(本文下述将对预设条件进行详细说明）时，全光信息交换过程如下：
[0069] 请参见图8, WDM信号光在第一光耦合器2的作用下分为两路进入环形结构，并且 这两路信号光的传输方向相反，一路在环形结构中沿顺时针方向传输，一路在环形结构中 沿逆时针方向传输。而分别从第三光f禹合器3的第二端口 32和第四光f禹合器4的第二端 口 42输入的两路控制光的传输方向也相反，一路在环形结构中沿顺时针方向传输，一路在 环形结构中沿逆时针方向传输。
[0070] 在图8中，沿顺时针方向传输的WDM信号光经由第一光耦合器2的第三端口 23输 入第一光滤波器5,由于波长为X S1的光可通过第一光滤波器5,因此从第一光滤波器5的 输出端口 52输出的是波长为\31的信号光。波长为：VS1的信号光与同沿顺时针方向传输 的控制光从二阶非线性光波导1的第一端口 11输入，在二阶非线性光波导1中发生二阶非 线性光学效应，发生了波长转换，在满足2/ A p=l/ A S1+l/ A S2的情况下，携带数据信息的波 长由X S1转换为入S2。
[0071] 需要说明的是，从二阶非线性光波导1的第二端口 12输出的是复合光，其包括携 带数据信息的光(波长为XS2)以及波长为XS1的光，复合光由第二光滤波器6的第二端口 62输入，由于波长为X S2的光可通过第二光滤波器6,因此，第二光滤波器6的第一端口 61 输出的是波长为XS2的光，并且，其携带了原波长为\51的信号光所携带的数据信息。
[0072] 仍请参见图8,沿逆时针方向传输的WDM信号光经由第一光耦合器2的第四端口 24输入第二光滤波器6,由于波长为X S2的光可通过第二光滤波器6,因此从第二光滤波器 6的输出端口 62输出的是波长为\%的信号光。波长为：VS2的信号光与同沿逆时针方向 传输的控制光从二阶非线性光波导1的第二端口 12输入，在二阶非线性光波导1中发生二 阶非线性光学效应，发生了波长转换，在满足2/ A p=l/ A S1+l/ A S2的情况下，携带数据信息 的波长由\32转换为入S1。
[0073] 需要说明的是，从二阶非线性光波导1的第一端口 11输出的也是复合光，其包括 携带数据信息的光(波长为XS1)以及波长为XS2的光，复合光由第一光滤波器5的第二端 口 52输入，由于波长为X S1的光可通过第二光滤波器5,因此，第二光滤波器5的第一端口 51输出的是波长为A S1的光，并且，其携带了原波长为A 52的信号光所携带的数据信息。
[0074] 第二光滤波器6的第一端口 61输出的、波长为X S2的信号光由第一光f禹合器2的 第三端口 23输入，第二光滤波器5的第一端口 51输出的、波长为X S1的信号光由第一光奉禹 合器2的第四端口 24输入，两信号光在第一光f禹合器中f禹合在一起，这样，由第二端口 22 输出的信号光依然为复合光，但两个光波长A S1、A 52所携带的数据信息已经进行了全光信 息交换。
[0075] 除双波长外，本发明所提供的全光信息交换装置还可进行全光波段转换，也即，将 一个波段(一个波段包括多个波长）信号光所携带的数据信息复制给另一个波段信号光（多 个波长)。
[0076] 图9示出了基于二阶非线性光波导实现可控全光波段交换(双波段)的过程。图9 所示工作原理与图8类似，所不同的是在全光波段交换过程中，输入的是两个波段信号光， 一个波段为入 S1... ASN，另一个波段为VS1... A'SN。其中，每一波段中的各个波长等间 距(也可不等间距）分布。在等间距的情况下，两波段与控制光U P)的波长满足关系式2/ 入 P=i A S1+i/x ' SN=i/x S2+i/x ' ^......=i/xSN+i/:v 'S1。或者说，控制光的频率，等于第 一波长/波段信号光的中心频率与第二波长/波段信号光的中心频率之和的二倍。对于不 等间距的情况，则也可令控制光的频率的二倍，等于第一波长/波段信号光的中心频率与 第二波长/波段信号光的中心频率之和。
[0077] 相类似的，第一光滤波器5和第二光滤波器6可分别通过上述两个波段，例如， 第一光滤波器5可通过波段为XS1... XSN的信号光，而第二光滤波器6可通过波段为 入' S1. . . A ' SN的信号光。
[0078] 此外，控制光和两个波段信号光的偏振态需一致，并且与二阶非线性光波导1中 发生最佳非线性效应对应的偏振态一致。
[0079] 这样，如图9所示，顺时针方向可实现由波段为XS1... XSN到波段为入'S1...入'SN 波段转换，逆时针方向可实现由A'S1... A'^到A S1... A SN波段的转换，结合第一光滤波 器5和第二光滤波器6的滤波作用，以及第一光耦合器2的耦合作用，可最终输出经过全光 波段交换后的双波段信号光。
[0080] 在本发明其他实施例中，上述二阶非线性光波导的QPM波长可进行温控调节，此 夕卜，第一滤波器5和第二滤波器6允许通过的波长或波段也可调。
[0081] 这是因为，在实际应用中，两个光波长（XS1、XS2)或光波段（X' S1...入'训和 入S1... A SN)可能会发生变化，为了实现双波长/波段信号光间数据信息全光交换，需要选 择控制光波长，使其满足关系式2/ A p=l/ A S1+l/ A S2或令控制光的频率等于两波长/波段 信号光的中心频率之和的二倍。
[0082] 与此同时，为了发生有效的级联二阶非线性效应，当控制光波长发生改变时，可以 温控二阶非线性光波导以调节其QPM波长，使其匹配控制光的波长。这样，利用单个二阶非 线性光波导、两个光滤波器，就可以实现可控全光波长/波段交换。
[0083] 当然，如需要对多于两个波长/波段的信号光进行全光波长/波段交换，可分多次 进行。
[0084] 为了保证光波的单向传输，避免反向光波的影响，请参见图10,在本发明其他实施 例中，上述所有实施例中的装置，还可包括第一光隔离器9。
[0085] 上述第一偏振控制器7的第二端口 72与第一光稱合器2的第一端口 21之间通过 第一光隔离器9相连接：第一光隔离器9的输入端口 91与上述第一偏振控制器7的第二 端口 72相连接，第一光隔离器9的输出端口 92与上述第一光稱合器2的第一端口 21相连 接。
[0086] 同理，在本发明其他实施例中，请参见图11，上述所有实施例中的装置，还可包括 第二光隔离器10。
[0087] 此外，在本发明其他实施例中，请参见图12，上述所有实施例中的装置还可包括控 制光提供装置13。控制光提供装置13用于提供控制光。
[0088] 上述控制光提供装置13可包括控制光生成装置14和第二偏振控制器15中的至 少一种。图13则示出了同时包括控制光生成装置14和第二偏振控制器15的情况。其中， 第二偏振控制器15的第一端口 151与控制光生成装置14的输出端口 141相连接，第二偏 振控制器15的第二端口 152与上述第二光隔离器10的输入端口 101连接，上述第二光隔 离器10的输出端口 102与主述第二光耦合器8的第三端口 83相连接。
[0089] 前述提及了，二阶非线性光波导1对应的偏振态、输入的WDM信号光的偏振态以及 控制光的偏振态需一致，第一偏控光控制器7可用于调节输入的WDM信号光的偏振态，第二 偏振控制器15可调节控制光的偏振态，这样，通过调节第一偏控光控制器7和第二偏振控 制器15,可使输入的WDM信号光的偏振态以及控制光的偏振态与二阶非线性光波导1对应 的偏振态一致。此外，还可为二阶非线性光波导1配置偏振控制器，此时，第二偏振控制器 15就可不再配备了。
[0090] 基于前述全光信息交换装置，本发明实施例还提供了一种全光信息交换方法，上 述方法用于交换WDM信号光中第一波长/波段信号光与第二波长/波段信号光所携带数据 信息；上述方法包括：
[0091] 在满足预设条件时，利用上述全光信息交换装置交换WDM信号光中第一波长/波 段信号光与第二波长/波段信号光所携带数据信息。
[0092] 基于前述的记载，上述预设条件可包括：第一光滤波器5可通过第一波长/波段信 号光，第二光滤波器6可通过第二波长/波段信号光，二阶非线性光波导1对应的偏振态、 输入的WDM信号光的偏振态、控制光的偏振态一致，控制光的波长与二阶非线性光波导的 准相位匹配波长相等，以及，控制光的频率，等于第一波长/波段信号光的中心频率与第二 波长/波段信号光的中心频率之和的二分之一。
[0093] 此外，需要说明的是，上述二阶非线性光波导具体可为周期极化反转铌酸锂光波 导或其他具有二阶非线性的光波导。
[0094] 综上，本发明具有如下有益效果：
[0095] 一，传统利用独立单向波长转换过程实现全光波长交换，需要两个波长转换器、四 个光滤波器等光学元器件，装置复杂且成本高。本发明所提供的全光信息交换装置，可利用 单个波长转换器(即二阶非线性光波导1)、两个光滤波器，巧妙利用环形结构实现全光波长 交换，并且装置相对简单，从而可以有效降低成本。
[0096] 二，本发明利用二阶非线性光波二阶非线性光学效应波长转换原理结合环形结 构，仅需单个连续控制光，无需很高光功率，同时不仅可以实现双波长全光波长交换，还可 以实现全光波段交换，因而实现方式简单，可以有效降低功耗，且全光交换功能更加完善。 [0097] 三，本发明所提供的全光信息交换装置，对于可变输入波长/波段，可以对应调节 控制光波长以及温控二阶非线性光波导的准相位匹配波长来实现全光信息交换，因而在实 际应用中全光交换功能灵活可调谐。
[0098] 四，本发明所提供的全光信息交换装置，采用的均是无源器件并利用二阶非线性 效应实现，具有超快响应速度（fs量级）特点，因而适用于40Gbit/s、160Gbit/s、640Gbit/s 甚至Tbit/s超高速全光波长/波段交换。
[0099] 五，本发明所提供的全光信息交换装置，由于采用的是二阶非线性光波导中的二 阶非线性效应，双向波长/波段转换过程具有上下波长转换效率均衡对等的特点，且非线 性相互作用过程低噪声，因而具有良好的全光波长/波段交换性能。
[0100] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0101] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种全光信息交换装置，其特征在于，至少包括；二阶非线性光波导、第一光禪合 器、第H光禪合器、第四光禪合器、第一光滤波器、第二光滤波器和第一偏振控制器，其中： 所述第一偏振控制器的第一端口作为WDM信号光输入端口，其第二端口与所述第一光 禪合器的第一端口相连接； 所述第一光禪合器的第二端口作为WDM信号光输出端口，所述第一光禪合器的第H端 口和所述第一光滤波器的第一端口相连接，所述第一光禪合器的第四端口和所述第二光滤 波器的第一端口相连接； 所述第一光滤波器的第二端口和所述第H光禪合器的第一端口相连接，所述第二光滤 波器的第二端口和所述第四光禪合器的第一端口相连接； 所述二阶非线性光波导的第一端口与所述第H光禪合器的第H端口相连接，所述二阶 非线性光波导的第二端口与所述第四光禪合器的第H端口相连接； 所述第H光禪合器的第二端口和所述第四光禪合器的第二端口分别作为控制光输入 端口； 所述WDM信号光包括第一波长/波段信号光与第二波长/波段信号光，在使用时，所述 第一波长/波段信号光可通过第一光滤波器，所述第二波长/波段信号光可通过第二光滤 波器。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第一光隔离器，所述第一偏振控制器 的第二端口与所述第一光禪合器的第一端口之间通过所述第一光隔离器相连接，所述第一 光隔离器的输入端口与所述第一偏振控制器的第二端口相连接，所述第一光隔离器的输出 端口与所述第一光禪合器的第一端口相连接。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括第二光禪合器，所述第二光禪合 器的第一端口与所述第H光禪合器的第二端口相连接，所述第二光禪合器的第二端口与所 述第四光禪合器的第二端口相连接。
4. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括控制光提供装置。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制光提供装置包括控制光生成装置 和第二偏振控制器中的至少一种。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括第二隔离器，所述第二偏振控制器的 第一端口与所述控制光生成装置的输出端口相连接，所述第二偏振控制器的第二端口与所 述第二光隔离器的输入端口连接，所述第二光隔离器的输出端口与所述第二光禪合器的第 H端口相连接。
7. 如权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述二阶非线性光波导包括，具有 二阶非线性光学效应的光波导，所述二阶非线性光学效应包括倍频、和频W及差频。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述具有二阶非线性光学效应的光波导为 周期极化反转魄酸裡光波导。
9. 一种全光信息交换方法，其特征在于，基于如权利要求1 - 8任一项所述的全光信息 交换装置，所述方法用于交换WDM信号光中第一波长/波段的信号光与第二波长/波段的 信号光所携带数据信息； 所述方法包括： 在满足预设条件时，利用所述全光信息交换装置交换WDM信号光中第一波长/波段信 号光与第二波长/波段信号光所携带数据信息； 所述预设条件包括；所述第一光滤波器可通过第一波长/波段信号光，所述第二光滤 波器可通过第二波长/波段信号光，所述二阶非线性光波导对应的偏振态、所述输入的WDM 信号光的偏振态和所述控制光的偏振态一致，所述控制光的波长与所述二阶非线性光波导 的准相位匹配波长相等，W及，所述控制光的频率，等于第一波长/波段信号光的中也频率 与第二波长/波段信号光的中也频率之和的二分之一。
【文档编号】G02F1/377GK104469555SQ201310419699
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】王健, 贺继方, 付红岩 申请人:华为技术有限公司, 华中科技大学