专利名称：一种全光纤的波长转换方法
技术领域：
本发明涉及波长转换技术领域，具体描述一种新型的全光纤的通信波段波长转换方法。
背景技术：
现代社会人们已经原来越离不开网络生活，人们对高速大容量的综合业务网络的需求越来越大，这必将成为今后的发展趋势。光纤通信技术和波长复用(WDM)网络为这种高速大容量的网络提供了有力的技术支持，使得点对点传输的容量得到很大的提高。WDM网络就是利用不同的波长在同一信道中传输以增加信道的利用率，提高信道的传输信息量，因此在这样的系统中波长是非常重要的资源，如何有效地提高光网络中的波长利用率是WDM 光网络中的重要问题。如果这样的网络中不存在波长转换方法，那么两个节点之间建立一个连接，在其通路上经过的所有链路段必须使用同一波长，如果有另外的连接需要使用其中某个链路段的这一波长，则会发生波长阻塞现象。波长转换方法则为避免这种阻塞提供了一种可行的解决方案，它将信号转换到其它空闲的可用波长上，无须等候，这样可以提高波长利用率，增加网络的传输容量。因为这种点对点的传输具有随机性，采用波长转换方法，它们在链路上的波长不是固定的，能使参与波分复用的波长数目减少，大大降低网络中的波长阻塞率，是网络组建、子网管理更具有灵活性与兼容性。目前研究的全光波长转换方案都利用了非线性介质中的各种非线性效应，如交叉增益调制、交叉相位调制、四波混频和基于差频的波长转换等。基于交叉增益调制的波长转换器是利用半导体光放大器的增益饱和特性工作的，是最简单的方案，但消光比不对称，啁啾和噪声大不利于传输。交叉相位调制的波长转换器转换的质量高，转换速率快，但结构相对复杂。四波混频和基于差频的波长转换器可以实现多信道的同时转换，但由于现有器件的不成熟，转换效率很低，而且对信号光的偏振态敏感。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有方法的不足，设计了一种新型的全光纤的波长转换方法，该方法转换波长不受信号光波长的影响，方便操作，消光比高，切换速率快。本发明的目的是这样实现的
一种全光纤的波长转换方法，特点式该方法采用“8”字型光纤激光器即非线性光纤环形镜的光纤激光器，实现波长转换，该光纤激光器包括线性腔及非线性腔，其线性腔为标准光纤激光器环形腔结构，包括增益介质、波长选择、隔离器、输出装置和与非线性腔结合的光纤分束器；非线性腔为非线性光纤环形镜结构，包括增益介质、单模光纤、注入光注入装置；控制信号光不注入时，非线性腔没有透射光，“8”字型光纤激光器不起振；当信号光注入时，由注入光控制两束相反方向传输的光的相对相位，使得透射光输出，“8”字型光纤激光器运转，线性腔内的波长选择装置将信号光波长转到增益介质荧光所覆盖的任一波长。本发明基于“8”字腔结构的非线性效应，利用外部的信号光控制光纤激光器的起振，激光器内有波长选择装置，实现波长转换。所谓“8”字腔光纤激光器，就是使用了非线性光纤环形镜(Sagnac干涉仪)的光纤激光器，因为腔的形状通常被称为“8”字形激光器。将光纤耦合器的两个输出端口连接起来形成一个环，就可构成Sagnac干涉仪。输入光场将分成沿相反方向传输的两束光，分别是顺时针传输的前向波和逆时针传输的后向波。耦合器对后向波引入了 η/2的相移，经过一次往返后，两个光场不但获得了线性相移， 而且还获得了自相位调制和交叉相位调制引入的非线性相移。两束光的光程相同并在耦合器内发生相干干涉，它们之间的相对相位决定了输入光在Sagnac干涉仪中被反射还是透射。在环内引入光纤放大器能降低Sagnac干涉仪的开关阈值。放大器靠近耦合器放置，两个相向传输的脉冲不是被同时放大，因此引入了非对称特性，即放大器破坏了 Sagnac 干涉仪的平衡性。可以这样理解由于其中一个波在光纤环的入口被放大，而反向传输的光恰好在光纤环的出口被放大，于是整个环内两束光的强度就相差很大，微分相移也很大。 这样如果原先全部被反射的光就会有一部分透射出去，原先的透射端口就会有光输出。如果Sagnac内有控制信号注入并沿某一方向传输时，会对反向传输的两束光中的某一束产生非线性相移，而另一束光却不受影响，本质上说也是利用控制光破坏了 Sagnac干涉仪的平衡，这样原先全部从反射端口出去的光也会有一部分从透射端口出去。通过改变控制光的强度和Sagnac干涉仪的长度，可以控制透射光的比例。本发明中，“8”字腔结构的非线性腔部分即可看做一个Sagnac干涉仪，由注入信号光控制两束相反方向传输的光的相对相位，控制透射光的大小。“8”字腔的左边是线性腔，就是一般环形腔的结构，泵浦光通过WDM注入到掺铒光纤中产生荧光，隔离器用来控制线性腔的方向，因为在非线性腔中，光是分为两个部分正反向双向传输的，但在线性腔中为了保证透射光不影响激光器的运转，需要隔离器控制激光器的运转方向，使得Sagnac干涉仪的透射光成为推动激光器运转的关键。本发明的实现由以下方案完成
由信号光注入到“8”字腔的非线性腔中，透射端由原先的没有光变成有光，8字腔的线性腔部分得以运转，光纤布拉格光栅用作波长选择，可以将信号光波长转到掺铒光纤荧光所覆盖的任意波长。本发明的优点是全光纤结构，转换波长不受信号光波长的影响，方便操作，消光比高，切换速率快。
图1为本发明的结构框图； 图2为本发明的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业人员的理解。
实施例
参阅附图2，图中序号分别表示1、11_980纳米和1550纳米的波分复用器，带宽 30纳米；2、10-掺铒单模光纤；3-中心波长1550纳米50 50光纤耦合分束器；4-布拉格光纤光栅，中心波长1557. 6纳米，带宽0.6纳米；5-中心波长1550纳米90 10的光纤耦合分束器，10%作为输出端；6-中心波长1550纳米偏振无关的光纤隔离器；7-光纤偏振控制器；8、12-1550纳米附近的密集波分复用器，波长分别为1549. 3纳米和1557. 6纳米； 9_普通单模光纤。本实施例中，使用非线性光纤环形镜装置一个非典型的“8”字腔掺铒光纤激光器组成，利用一个的50 50的光纤耦合器3可以组成一个“8”字腔结构，左边是八字腔的线性部分，980纳米半导体激光器作为泵浦光通过WDMl注入到铒离子掺杂的光纤中，将铒离子泵浦到上能级，产生荧光。荧光从光纤耦合器3的一个端口分为正向和反向进入8字腔的非线性部分，也可以理解为Sagnac环，逆时针转的光先经过非线性放大器，顺时针转的光后经过非线性放大器，再加上光纤耦合器的分光比可能略有差异，因此它们在非线性腔内往返一圈后的非线性相移肯定不相等，从耦合器的另一个端口会有荧光透出。可以控制非线性腔中的偏振控制器，使得两束光的非线性相移在输出端口处相差η，两束光干涉相消， 没有光透射。相应的光将全部从入射端反射回去，由于隔离器的存在从入射端反射回去的光将不能在左边的线性腔中形成环路。当弱信号光由密集波分复用器(DWDM) 12注入到非线性腔中，首先经过一个非线性放大器将信号光放大，根据前面的介绍，这个放大了之后的控制光会对其中一束产生非线性相移，另一束不会有影响。这样本来在透射端的干涉相消的情况就会改变，左边的线性腔就可以起振，形成激光输出。一旦外部的信号光没有了，非线性相移又会变成原来的情况，透射端口没有光，激光器不起振，通过这种过程可以控制输出光的随信号光的变化而变化。非线性腔内的DWDM8用于将信号光输出，以免影响下一个信号光的注入。由WDMll和一段掺铒光纤10组成了一个非线性光纤放大器用于放大信号光脉冲，另一方面也增加了微分相移；单模光纤用于增加非线性腔的不对称性，增加了非线性腔的长度也就增加了非线性相移。线性腔内的布拉格光纤光栅用于输出光的波长选择， 这样输出光的范围可以覆盖整个铒离子的发射谱范围，正好是光纤通信的窗口波段。这里的控制光和光信号光都选在1550 nm附近，一方面因为1550 nm光在实际生活中有很广泛的应用，另一方面1550 nm附近的光纤器件相对成熟，差损也比较小。
权利要求
1. 一种全光纤的波长转换方法，其特征在于该方法采用“8”字型光纤激光器即非线性光纤环形镜的光纤激光器，实现波长转换，该光纤激光器包括线性腔及非线性腔，其线性腔为标准光纤激光器环形腔结构，包括增益介质、波长选择、隔离器、输出装置和与非线性腔结合的光纤分束器；非线性腔为非线性光纤环形镜结构，包括增益介质、单模光纤、注入光注入装置；控制信号光不注入时，非线性腔没有透射光，“8”字型光纤激光器不起振；当信号光注入时，由注入光控制两束相反方向传输的光的相对相位，使得透射光输出，“8”字型光纤激光器运转，线性腔内的波长选择装置将信号光波长转到增益介质荧光所覆盖的任一波长。
全文摘要
本发明公开了一种全光纤的波长转换方法，该方法采用“8”字型光纤激光器即非线性光纤环形镜的光纤激光器，实现波长转换，该光纤激光器包括线性腔及非线性腔，其线性腔为标准光纤激光器环形腔结构，非线性腔为非线性光纤环形镜结构；控制信号光不注入时，非线性腔没有透射光，“8”字型光纤激光器不起振；当信号光注入时，由注入光控制两束相反方向传输的光的相对相位，使得透射光输出，“8”字型光纤激光器运转，线性腔内的波长选择装置将信号光波长转到增益介质荧光所覆盖的任一波长。本发明转换波长不受信号光波长的影响，方便操作，消光比高，切换速率快。
文档编号G02F1/365GK102243412SQ20111015821
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者曾和平, 武愕, 顾晓蓉, 黄坤 申请人:华东师范大学