专利名称：增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光通信技术领域，尤其是涉及一种增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器。
背景技术：
波分复用技术是高速宽带大容量光纤通信技术首选技术。在波分复用通信系统的光交叉连接节点中，当不同光纤中两个相同波长信号进入同一光纤中时，就产生了波长阻塞问题。由于系统各种因素限制，每根光纤可复用的波长数目有限，因此在光交叉节点处必然会出现这种情况。解决这一问题的有效方法就是采用波长转换技术，将其一个信号波长转换到其他波长，从而避免OXC中的波长阻塞。波长转换器件的另一个重要用途就是实现不同光网络之间的波长匹配，可以把不同厂商、不同时代生产的不同波长系列产品统一到统一波长标准上，实现网络间的通信。此外，通过波长转换器，可以增强网络重构、网络管理的灵活性、可靠性，配合波分开关可以实现波长路由等功能。多波长转换器主要用来增加网络的传输带宽和传输距离，并大大降低网络扩容的成本。多波长转换器可以使网络容量在不影响原有业务的情况下迅速成倍地增加，同时大大提高网络的安全性。目前实现波长转换主要有两大方法:(1)光/电-电/光法，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用于波长转换发展，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，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。(2)全光波长转换法，就是利用某些介质的非线性效应将输入的光信号直接转移到新的波长上，有利于系统升级、扩容。目前全光波长转换的方法很多，主要有基于半导体光放大器中交叉增益调制效应、交叉相位调制效应、交叉偏振调制效应、四波混频效应；基于电吸收调制器中交叉吸收调制效应；基于周期极化铌酸锂波导中的级联和频、差频效应；基于色散位移高非线性光纤中交叉相位调制效应、四波混频效应；基于硅纳米纤中交叉相位调制效应、四波混频效应；基于色散平坦光子晶体光纤中交叉相位调制效应、四波混频效应、交叉偏振调制效应；基于硫化物波导中交叉相位调制效应、四波混频效应，基于碳纳米管复合物中四波混频效应等；但这些方法在系统结构、工作速率、器件成本、波长转换范围、偏振敏感性方面都存在着各自的优缺点。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其结构简单，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，能够实现增益平坦，实用性强，使用效果好，便于推广使用。[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:包括用于输出信号光的信号光发生器、用于对信号光发生器输出的信号光进行放大形成泵浦信号光的掺铒光纤放大器、用于输出多个连续探测光的多个探测光激光器和用于输出连续泵浦光的连续泵浦激光器，以及用于对所述泵浦信号光和多个连续探测光进行耦合的第一合波器，所述信号光发生器的输出端通过第一光纤与所述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所述第一合波器的输入端连接，多个所述探测光激光器的输出端分别对应通过多根第二光纤与所述第一合波器的输入端相接，所述第一合波器的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行波长转换的第一段第三光纤连接有用于输出波长转换后的多个探测光的第一分波器，所述第一分波器的输出端通过多根第四光纤连接有用于对所述连续泵浦光和波长转换后的多个探测光进行耦合并输出功率各不相等的信号光的第二合波器，所述连续泵浦激光器通过第五光纤与所述第二合波器的输入端相接，所述第二合波器的输出端通过用于对所述第二合波器输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第二段第三光纤连接有用于输出光功率值相等的转换信号光的第二分波器，多个所述探测光激光器的中心波长各不相同且多个所述探测光激光器中任意一个的中心波长X,均大于所述信号光发生器的中心波
长入I和所述连续泵浦激光器的中心波长\ P，且1---^的取值范围为400CHT1 450CHT1,
A1----T的取值范围为490CHT1 540CHT1,其中，i为信道数且i的取值为2 N,N为信道总
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数且为整数。上述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述信号光发生器由依次电连接的脉冲激光器、伪随机序列发生器和马增调制器构成。上述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述第一段第三光纤和第二段第三光纤均为 高非线性光纤，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内非线性系数范围为lOW—iknT1 所述高非线性光纤在波长1550n m处的非线性系数为36.Zff^knr1，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散值范围为0 0.6ps/(nm km)，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散斜率范围为-0.2 0.2。上述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述第一段第三光纤的有效作用长度L与所述第二段第三光纤的有效作用长度L'满足计算公式:[kPp(0)L+k' P/ (O)L' ]=0，其中，k为第一段第三光纤频移范围为400cm—1 450cm—1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为2.0X K^knT1 -W^Vcm-1, k’为第二段第三光纤频移范围为490CHT1 540CHT1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为_8.2 X lO^kmWcm^1, Pp(O)为所述泵浦信号光在第一段第三光纤中的峰值功率，P/ (0)为所述连续泵浦光在第二段第三光纤中的峰值功率。本实用新型与现有技术相比具有以下优点:1、本实用新型的结构简单，设计合理，实现方便。2、本实用新型较普通光-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。[0015]3、本实用新型的实现成本低，造价要比普通光-电-光波长转换器低的多，能够将信号光所携带的信息转换到多个不同连续探测光上。4、本实用新型在波长转换过程中的自发噪声低，能实现啁啾反转。5、采用本实用新型进行拉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，而且可以实现跨波段转换。6、本实用新型在进行波长转换的同时实现了对待转换波长信号的放大，并且能够对多波长转换后的信号光进行增益补偿，使得最终输出的信号光功率相等，实现增益平坦。7、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。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，能够实现增益平坦，实用性强，使用效果好，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型泵浦信号光的光功率示意图。图3a为本实用新型第一探测光激光器输出的第一连续探测光的光功率示意图。
图3b为本实用新型第二探测光激光器输出的第二连续探测光的光功率示意图。图3c为本实用新型第三探测光激光器输出的第三连续探测光的光功率示意图。图3d为本实用新型第四探测光激光器输出的第四连续探测光的光功率示意图。图4为本实用新型进行波长转换后泵浦信号光的光功率示意图。图5a为本实用新型进行波长转换后第一连续探测光的光功率示意图。图5b为本实用新型进行波长转换后第二连续探测光的光功率示意图。图5c为本实用新型进行波长转换后第三连续探测光的光功率示意图。图5d为本实用新型进行波长转换后第四连续探测光的光功率示意图。图6为本实用新型连续泵浦激光器输出的连续泵浦光的光功率示意图。图7a为本实用新型进行增益补偿后第一连续探测光的光功率示意图。图7b为本实用新型进行增益补偿后第二连续探测光的光功率示意图。图7c为本实用新型进行增益补偿后第三连续探测光的光功率示意图。图7d为本实用新型进行增益补偿后第四连续探测光的光功率示意图。附图标记说明:I一信号光发生器； 2—掺铒光纤放大器； 3—探测光激光器；4一连续泵浦激光器；5—第一合波器；6—第一光纤；7—第二光纤；8—第一段第三光纤； 9一第一分波器；10—第四光纤；11 一第二合波器；12—第五光纤；13-第二段第三光纤；14-第二分波器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括用于输出信号光的信号光发生器1、用于对信号光发生器I输出的信号光进行放大形成泵浦信号光的掺铒光纤放大器2、用于输出多个连续探测光的多个探测光激光器3和用于输出连续泵浦光的连续泵浦激光器4，以及用于对所述泵浦信号光和多个连续探测光进行耦合的第一合波器5，所述信号光发生器I的输出端通过第一光纤6与所述掺铒光纤放大器2的输入端连接，所述掺铒光纤放大器2的输出端通过第一光纤6与所述第一合波器5的输入端连接,多个所述探测光激光器3的输出端分别对应通过多根第二光纤7与所述第一合波器5的输入端相接,所述第一合波器5的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行波长转换的第一段第三光纤8连接有用于输出波长转换后的多个探测光的第一分波器9，所述第一分波器9的输出端通过多根第四光纤10连接有用于对所述连续泵浦光和波长转换后的多个探测光进行耦合并输出功率各不相等的信号光的第二合波器U，所述连续泵浦激光器4通过第五光纤12与所述第二合波器11的输入端相接，所述第二合波器11的输出端通过用于对所述第二合波器11输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第二段第三光纤13连接有用于输出光功率值相等的转换信号光的第二分波器14，多个所述探测光激光器3的中心波长各不相同且多个所述探测光激光器3中任意一个的中心波长\ i均大于所述信号光发生器I的中心波长\ !和所
述连续泵浦激光器4的中心波长\ p,且^---的取值范围为400CHT1 450011'^---^的
取值范围为490CHT1 540CHT1,其中，i为信道数且i的取值为2 N, N为信道总数且为整数。本实施例中，所述信号光发生器I由依次电连接的脉冲激光器1-1、伪随机序列发生器1-2和马增调制器1-3构成。本实施例中，所述第一段第三光纤8和第二段第三光纤13均为高非线性光纤，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内非线性系数范围为
所述高非线性光纤在波长1550n m处的非线性系数为36.所述高非线性光纤在
1370nm 1700nm的波长范围内色散值范围为0 0.6ps/(nm km)，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散斜率范围为-0.2 0.2，该光纤色散近乎平坦，能够有效避免不同光对应群速不同所引起的信号之间的走离，有利于泵浦信号光和连续探测光的同步传输；该光纤的拉曼增益谱连续且宽达40THz。本实施例中，所述第一段第三光纤8的有效作用长度L与所述第二段第三光纤13的有效作用长度L'满足计算公式:[kPp(0)L+k' Pp' (O)L' ]=0，其中，k为第一段第三光纤8频移范围为400CHT1 450CHT1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为2.0X 10 3km 1 *w Vcm S k’为第二段第三光纤13频移范围为490cm 1 540cm 1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-8.2 X IO^kmWcm-1, Pp(O)为所述泵浦信号光在第一段第三光纤8中的峰值功率，P/ (0)为所述连续泵浦光在第二段第三光纤13中的峰值功率。采用本实用新型进行波长转换的方法，包括以下步骤:步骤一、选择中心波长为\ I的信号光发生器I，信号光发生器I输出信号光并经过第一光纤6传输给掺铒光纤放大器2 ;本实施例中，选择中心波长X1=MSSnm的信号光发生器I ;步骤二、通过掺铒光纤放大器2对信号光发生器I输出的信号光进行功率放大形成泵浦信号光，使得所述泵浦信号光的功率达到或超过受激拉曼散射效应的阈值，并将所述泵浦信号光通过第一光纤6传输给第一合波器5 ;本实施例中，所述泵浦信号光的光功率示意图如图2所示；图2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; “I”码功率为5W;步骤三、根据频移计算公式Av=(I7^1) —(VXi)选择多个中心波长各不相同的探测光激光器3，其中X i为多个所述探测光激光器3中任意一个的中心波长，多个所述探测光激光器3输出多个连续探测光并经过多根第二光纤7传输给第一合波器5 ;其中，Av为频移量Av的取值范围为40001^450011'这个取值范围处于拉曼增益谱内拉曼增益较高的区域，该频移范围内的拉曼增益系数较高；即探测光激光器3中任意一个的中心波长Ai的取值范围为1544.8nm 1556.9nm;本实施例中，取A v分别为400cm—1、402.9cm-\406.2cm—1和409.6cm—1，选择出四个波长等间距的探测光激光器3的中心波长分别为 1544.8nm、1545.6nm、1546.4nm 和 1547.2nm，波长间距为 0.8nm,即信道间隔为 0.8nm,中心波长为1544.Snm的第一探测光激光器3输出的第一连续探测光的光功率示意图如图3a所不,光功率为恒定的值1X10_6W ;中心波长为1545.6nm的第二探测光激光器3输出的第二连续探测光的光功率示意图如图3b所示，光功率为恒定的值IX 10_6W;中心波长为1546.4nm的第三探测光激光器3输出的第三连续探测光的光功率示意图如图3c所示，光功率为恒定的值IX 10_6W冲心波长为1544.Snm的第四探测光激光器3输出的第四连续探测光的光功率示意图如图3d所示，光功率为恒定的值IX KT6W ;图3a 4d中，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;步骤四、通过第一合波器5将第一光纤6传输的所述泵浦信号光和多根第二光纤7分别传输的多个连续探测光耦合输入到第一段第三光纤8中；步骤五、第一段第三光纤8根据公式
权利要求1.一种增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:包括用于输出信号光的信号光发生器(I)、用于对信号光发生器(I)输出的信号光进行放大形成泵浦信号光的掺铒光纤放大器(2)、用于输出多个连续探测光的多个探测光激光器(3)和用于输出连续泵浦光的连续泵浦激光器(4)，以及用于对所述泵浦信号光和多个连续探测光进行耦合的第一合波器(5),所述信号光发生器(I)的输出端通过第一光纤(6)与所述掺铒光纤放大器(2)的输入端连接，所述掺铒光纤放大器(2)的输出端通过第一光纤(6)与所述第一合波器(5)的输入端连接，多个所述探测光激光器(3)的输出端分别对应通过多根第二光纤(7)与所述第一合波器(5)的输入端相接，所述第一合波器(5)的输出端通过用于通过受激拉曼散射放大过程来进行波长转换的第一段第三光纤(8)连接有用于输出波长转换后的多个探测光的第一分波器(9)，所述第一分波器(9)的输出端通过多根第四光纤(10)连接有用于对所述连续泵浦光和波长转换后的多个探测光进行耦合并输出功率各不相等的信号光的第二合波器(11)，所述连续泵浦激光器(4 )通过第五光纤(12)与所述第二合波器(11)的输入端相接，所述第二合波器(11)的输出端通过用于对所述第二合波器(11)输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第二段第三光纤(13)连接有用于输出光功率值相等的转换信号光的第二分波器(14)，多个所述探测光激光器(3)的中心波长各不相同且多个所述探测光激光器(3)中任意一个的中心波长Xi均大于所述信号光发生器(I)的中心波长^和所述连续泵浦激光器(4)的中心波长\ p,且^了的取值范围为400CHT1 450011'^~的取值范围为490CHT1 540CHT1,其中，i为信道数且i的取值为2 N, N为信道总数且为整数。
2.按照权利要求1所述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述信号光发生器(I)由依次电连接的脉冲激光器(1-1 )、伪随机序列发生器(1-2)和马增调制器(1_3)构成。
3.按照权利要求1所述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述第一段第三光纤(8)和第二段第三光纤(13)均为高非线性光纤，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内非线性系数范围为lOWlnT1 STWlnT1，所述高非线性光纤在波长1550n m处的非线性系数为36.。胃—1! —1，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散值范围为0 0.6ps/(nm km)，所述高非线性光纤在1370nm 1700nm的波长范围内色散斜率范围为-0.2 0.2。
4.按照权利要求1所述的增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，其特征在于:所述第一段第三光纤(8)的有效作用长度L与所述第二段第三光纤(13)的有效作用长度L'满足计算公式:[kPp(0)L+k' P/ (O)L' ]=0，其中，k为第一段第三光纤(8)频移范围为400cm-1 450cm—1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为2.0X lOlnT1 w—VcnT1，k’为第二段第三光纤(13)频移范围为490CHT1 540CHT1内的拉曼增益效率拟合直线斜率且取值为-8.2X IO^kmWcm-1,Pp(O)为所述泵浦信号光在第一段第三光纤(8)中的峰值功率，Pp' (0)为所述连续泵浦光在第二段第三光纤(13)中的峰值功率。
专利摘要本实用新型公开了一种增益平坦的拉曼光纤波长转换耦合器，包括信号光发生器、掺铒光纤放大器、多个探测光激光器、连续泵浦激光器和第一合波器，信号光发生器与掺铒光纤放大器的连接，掺铒光纤放大器与第一合波器连接，多个探测光激光器均与第一合波器相接，第一合波器的输出端通过第一段第三光纤连接有第一分波器，第一分波器的输出端连接有第二合波器，连续泵浦激光器与第二合波器相接，第二合波器的输出端通过第二段第三光纤连接有第二分波器。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，能够实现增益平坦，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
文档编号G02F1/35GK203069942SQ201320066819
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者徐军华, 李栋, 赵云, 左旭, 袁心易, 冷斌, 侯斌, 侯雪梅, 巩明辉 申请人:西安邮电大学