一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，脉冲激光器的输出端通过第一光纤与伪随机序列发生器的输入端连接，伪随机序列发生器的输出端通过第一光纤与马赫曾德尔调制器的输入端连接，马赫曾德尔调制器的输出端通过第一光纤与掺铒光纤放大器的输入端连接，掺铒光纤放大器的输出端通过第一光纤与合波器的输入端连接，连续探测光激光器的输出端通过第二光纤与合波器的输入端连接，合波器的输出端通过第三光纤与分波器的输入端连接，分波器的输出端通过第四光纤与光接收机输入端连接。其结构简单，设计合理，实现成本低，波长转换速率快、带宽宽，能够透明波长转换，并且实用性强，使用效果好，便于推广使用。
【专利说明】
一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长 转换器。
【背景技术】
[0002] 在目前WDM全光网络中，由于激光器技术等因素的限制而导致网络中能够使用的 光波长数目有限，波分复用网络的带宽目前还能暂时满足用户的需要。但是随着用户需求 的增加，光网络中波长数远远小于用户数以及节点数，因此严重阻塞了网络。在同一个通信 链路中，当出现多个波长共同传输的情况，到达核心节点时会出现若干波长竞争同一个输 出端口的传输波长，进而增加了网络管理的难度。所以在光网络中，提高波长的重复利用率 显得尤为重要。而全光波长转换器(AOWC:All_optical Wavelength Converter)作为全光 网络的核心器件，因其无需光电(OE)/电光(EO)转换，从而不受光信号调制格式以及传输速 率的限制，使得光子网络不受光电器件"电子瓶颈"影响且具有透明性等优点而受到关注， 已成为光器件领域内的一个研究焦点。经过全光波长转换器作用，信号光所携带的信息能 够高效、快速、可靠地从一个波长转换到另一个或多个波长上，这样即使仅仅只有一个波长 也可以重复使用，进而实现波长的重新分配和再利用，在很大程度上提高了波分复用系统 的可扩充性以及灵活度。
[0003] 目前成熟的波长转换技术是光-电-光转换技术，这种方法技术上比较成熟，工作 稳定，已经在光纤通信系统中广泛应用，有成熟的商业产品。但其缺点是装置结构复杂，成 本随速率和元件数增加，功耗高、可靠性差，这使它在多波长通道系统中的应用受到限制， 而且不具备传输码型和速率的透明性，当系统需要升级时，必须更换设备。
[0004] 全光波长转换器件主要利用的物理效应有：半导体光放大器(SOA)中的交叉增益 调制效应、交叉相位调制、四波混频，半导体激光器中的增益饱和效应，半导体材料、铌酸锂 晶体、光纤等非线性材料的差频、四波混频效应。但其都存在实施过程复杂，成本较高，转换 速度慢，待转换波长有限等缺点，并且网络节点需要对多个波长信道进行波长变换时，要同 时设置多个波长转换器，成本大大增加。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型目的是提供一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，其结构简 单，设计合理，实现成本低，波长转换速率快、带宽宽，能够透明波长转换，并且实用性强，使 用效果好，便于推广使用。
[0006] 为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案：
[0007] -种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，包括脉冲激光器、伪随机序列发生 器、马赫增德尔调制器、掺铒光纤放大器、连续探测光激光器、合波器、分波器和光接收机， 所述脉冲激光器的输出端通过第一光纤与伪随机序列发生器的输入端连接，所述伪随机序 列发生器的输出端通过第一光纤与马赫曾德尔调制器的输入端连接，所述马赫曾德尔调制 器的输出端通过第一光纤与掺铒光纤放大器的输入端连接，所述掺铒光纤放大器的输出 端通过第一光纤与合波器的输入端连接，若干个所述连续探测光激光器的输出端通过第二 光纤与合波器的输入端连接，所述合波器的输出端通过第三光纤与分波器的输入端连接， 所述分波器的输出端通过第四光纤与若干个所述光接收机输入端连接。
[0008] 优选的，所述连续探测光激光器的中心波长各不相同且任意一个的中心波长&均 大于掺铒光纤放大器输出的中心波长\，并且满足频移计算公式￥=(1/%)-(1/%)，其中， V为频移量且V的取值范围为7.5THz~13THz，i的取值为1~N，N为整数。
[0009] 优选的，所述第三光纤为高非线性光子晶体光纤，光子晶体光纤归一化拉曼增益 谱在7.5THZ~13THZ的频移范围内，归一化喇曼增益系数范围为2.76W- 1Ioif1~6.51W-1Ioir1。 [0010]本实用新型的有益效果是:本实用新型结构简单，设计合理，实现方便;较普通光-电-光波长转换器在波长转换中保留着信号光波的相位和振幅信息，具有严格的传输透明 性;在波长转换过程中自发噪声低，能实现啁嗽反转;采用喇曼波长转换的方法实现简单， 转换速率高，输出信号消光比好且可以实现跨波段转换;用高非线性光子晶体光纤，较普通 的石英光纤有更高的喇曼增益，实现喇曼波长转换石英光纤需要上千米而光子晶体光纤只 需几百米，节省了材料简化了结构。成本比普通光-电-光波长转换器低得多，并且能够将信 号所携带的信息转换到多个不同连续探测光上。综上所述，本实用新型结构简单，设计合 理，实现方便且成本低，转换速率高，输出信号消光比好，可以实现跨波段转换和多波长同 时转换，实用性强，实用效果好，便于推广使用。
【附图说明】
[0011]图1为实用新型结构原理框图。
[0012] 图2为光子晶体光纤喇曼增益系数图。
[0013] 图3为栗浦信号光的光功率示意图。
[0014] 图4为连续探测光激光器输出的连续探测光的光功率示意图。
[0015] 图5为进行波长转换后栗浦信号光的光功率示意图。
[0016] 图6为进行波长转换后探测光的光功率示意图。
[0017] 图中：1、脉冲激光器，2、伪随机序列发生器，3、马赫增德尔调制器，4、掺铒光纤放 大器，5、连续探测光激光器，6、合波器，7、第一光纤，8、第二光纤，9、第三光纤，10、分波器， 11、第四光纤，12、光接收机。
【具体实施方式】
[0018] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述。
[0019] 如图1所示，一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，包括脉冲激光器1、伪随 机序列发生器2、马赫增德尔调制器3、掺铒光纤放大器4、连续探测光激光器5、合波器6、分 波器10和光接收机12,所述脉冲激光器1的输出端对应地通过第一光纤7与伪随机序列发生 器2的输入端连接，所述伪随机序列发生器2输出端通过第一光纤7与马赫曾德尔调制器3的 输入端连接，所述马赫曾德尔调制器3输出端通过第一光纤7与掺铒光纤放大器4的输入端 连接，所述掺铒光纤放大器4输出端通过第一光纤7与合波器6的输入端连接，所述多个连续 探测光激光器5的输出端通过多根第二光纤8与合波器6的输入端连接，所述合波器6的输出 端通过第三光纤9与分波器10的输入端连接，所述分波器10的输出端通过多根第四光纤11 与多个光接收机12输入端连接，所述多个连续探测光激光器3的中心波长各个不同且任意 一个的中心波长&均大于掺铒光纤放大器4输出的中心波长\，并且满足频移计算公式V = (1/λρ) -(1/%)，其中，V为频移量且V的取值范围为7.5THz~13THz，i的取值为1~N，N为整 数。
[0020]如图2所示，所述第三光纤9为高非线性光子晶体光纤，光子晶体光纤归一化拉曼 增益谱喇曼增益谱在7.5THz~13THz的频移范围内，归一化喇曼增益系数范围为2.76?^1!?! ― 1 ~6.5 IrW10
[0021] 采用本实用新型一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器进行波长转换的方 法，包括以下步骤：
[0022] 步骤一、首先选择中心波长为\的脉冲激光器1，然后通过伪随机序列发生器2和 马赫曾德尔调制器3对输出光的振幅和相位进行调制，是脉冲激光器1输出信号光经过第一 光纤7输入给掺铒光纤放大器4;本实例中，选择中心波长\ = 1450nm的脉冲激光器2;
[0023] 步骤二、通过掺铒光纤放大器4对输出的信号光进行功率放大形成栗浦信号光，使 得所述栗浦信号光的功率达到或超过受激喇曼效应的阈值，并将所述栗浦信号光通过第一 光纤7输入给合波器6;栗浦信号光的光功率示意图，如图3所示，其中图3中，横坐标表示时 间t，单位为皮秒ps;纵坐标表示光功率P，单位为瓦特W; "Γ码功率为0.5W;
[0024] 步骤三、根据频移计算公式ν=(1/λρ)-(1/%)选择中心波长A1的连续探测光激光 器5，所述连续探测激光器5输出连续探测光并经过第二光纤8传输给合波器6;其中V为频移 量且取值范围为7.5ΤΗζ~13ΤΗζ，即连续探测光激光器5中任意一个的中心波长&的取值范 围为1480.2nm~1550.6nm;本实施例中，选择的连续探测光激光器5的中心波长为1550nm， 连续探测光激光器5输出的连续探测光的光功率示意图，如图4所示，光功率为恒定的IX HT 6W，横坐标表示时间t，单位为皮秒ps;纵坐标均表示光功率P，单位为瓦特W;
[0025] 步骤四、通过合波器6将第一光纤7传输的栗浦信号光和第二光纤8分别传输的连 续探测光耦合输入到第三光纤9中，其中，第三光纤9为高非线性光纤光子晶体光纤；
[0026]步骤五、第三光纤9根据公式
[0027]
[0028]并通过受激喇曼散射放大过程进行波长转换，将栗浦信号光上所携带的信息转换 到连续探测光上并传输给分波器10;其中，Pu为探测光在第三光纤9中传输时与栗浦信号光 相互作用后的光功率，α为光功率在第三光纤9中的衰减系数，z为光在第三光纤9中传输的 距离，t为传输距离ζ所用的时间，u为光在第三光纤9中的群速度，G 11为第一信道与第i信道 之间的增益，Pdt-z/u)为探测光在第三光纤9传输了距离z后的光功率，e为自然对数，\为 栗浦信号光的中心波长，M为保偏系数且M的取值范围为I M 2，A为第三光纤9的有效作用面 积，k为常数且取k = 2.70 X HT6，1) ,V1为栗浦信号光的光波频率且Vl = c/%，其中c为光速 且C = 3X108m/s，％:为第一信道的波数且
为第i信道的波数且
为第 一信道的栗浦信号光的波长与第i信道的连续探测光的波长之间的频移且（?-?)的取值 范围为7.5THz~13ΤΗζ，?:为第一信道的栗浦信号光中的平均光子频率，PKt-z/u)为栗浦 信号光在第三光纤9传输了距离z后的光功率，L为第三光纤9的有效作用长度，N为信道数量 且为整数;本实施例中，第一信道的栗浦信号光的波长与第二信道的连续探测光的波长之 间的频移(? -?)取值为121'抱，所述1^的取值为50〇111，所述€[的取值为9(^/1011，所述4的取值为 9.5 X 10_12m2;所述M的取值为2，所述u的取值为2.0 X 108m/s。栗浦信号规定峰值时为"Γ码， 零值时为码，栗浦信号光只有在"Γ码时栗浦信号光才对连续探测光有放大作用，在"0" 码时没有放大作用或作用很小;进行波长转换后栗浦信号光的光功率示意图，如图5所示， 图5中，横坐标表示时间t，单位为皮秒ps;纵坐标表示光功率P，单位为瓦特W;与图3栗浦信 号光的光功率相比，其"Γ码功率减小到1.8W左右，"0"码没有改变；
[0029] 步骤五、所述分波器10对携带有栗浦信号光上信息且混合在一起的多个连续探测 光进行分离，输出波长转换后的探测光;波长转换后连续探测光的光功率示意图，如图6所 示，横坐标均表示时间t，单位为皮秒ps ;纵坐标均表示光功率P，单位为瓦特W;其携带了与 信号光相同的信息，"Γ码功率变为了2.1 X HT5W，"0"码功率变为了0.4X KT5I
[0030] 本实用新型结构简单，设计合理，实现成本低，波长转换速率快、带宽宽，能够透明 波长转换，并且实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0031] 显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
【主权项】
1. 一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，包括脉冲激光器、伪随机序列发生器、 马赫增德尔调制器、掺铒光纤放大器、连续探测光激光器、合波器、分波器和光接收机，其特 征在于，所述脉冲激光器的输出端通过第一光纤与伪随机序列发生器的输入端连接，所述 伪随机序列发生器的输出端通过第一光纤与马赫曾德尔调制器的输入端连接，所述马赫曾 德尔调制器的输出端通过第一光纤与掺铒光纤放大器的输入端连接，所述掺铒光纤放大器 的输出端通过第一光纤与合波器的输入端连接，若干个所述连续探测光激光器的输出端通 过第二光纤与合波器的输入端连接，所述合波器的输出端通过第三光纤与分波器的输入端 连接，所述分波器的输出端通过第四光纤与若干个所述光接收机输入端连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，其特征在于，所 述连续探测光激光器的中心波长各不相同且任意一个的中心波长均大于掺铒光纤放大器 输出的中心波长。3. 据权利要求1所述的一种基于光子晶体光纤全光喇曼波长转换器，其特征在于，所述 第三光纤为高非线性光子晶体光纤，光子晶体光纤归一化拉曼增益谱在7.5THz~13THz的 频移范围内，归一化喇曼增益系数范围为2. 1~6.51?^1!^1。
【文档编号】G02F1/35GK205539859SQ201620040482
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】巩稼民, 孟令贺, 杨萌, 张正军, 王贝贝, 徐嘉驰, 柳华勃, 沈楠, 沈一楠, 蒋亮, 刘玉
【申请人】西安邮电大学