基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器及方法与流程

本发明涉及一种全光波长转换器，尤其是涉及一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器及方法。

背景技术：

全光网是以光纤为传输媒介，以波长路由为基础，通过引入光交叉连接(OXC)和分插复用(OADM)节点，建立的具有高灵活性和生存性的通信网络。全光网可使通信网具备更强的可管理性灵活性、透明性，与传统通信网和现行的光通信系统相比，它具有许多优点，例如：能够提供巨大的带宽；具有传输透明性；具有更高的处理速度和更低的误码率；具备可扩展性，可重构性；省去了庞大的光/电/光转换的设备及工作，可大幅提升网络整体的交换速度，提高可靠性。

波长转换是把某一波长的输入光信号转换为另一波长的输出光信号的关键技术。波长转换技术同时在光开关、波长路由选择、光交换方面有极为重要的应用。全光波长转换器(AOWC:All-optical Wavelength Converter)是全光网络、波分复用系统(WDM)以及全光交换系统的重要器件，是实现波长的再利用和再分配，发挥宽带资源，并提高网络系统容量的必要手段。全光波长转换器(AOWC)是指不经过对电处理，直接把信息从一个光波长转换到另一个光波长的器件。全光波长转换器直接实现光波长转换，可以克服O/E/O波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。

目前，全光波长转换器中采用的光波长转换技术主要有交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频等。基于交叉增益调制技术的全光波长转换器获得的消光比差，光信噪比和误码性能差，另一方面由于采用的增益饱和效应，波长转换得到的是输入信号反相波形，因此该类全光波长转换器也不适于占空比较大的超短脉冲通信系统。基于交叉增益调制技术的全光波长转换器的缺点是对输入光信号的强度变化敏感，即有一定的阈值特性，所以必须对入射信号的功率进行严格控制。基于四波混频技术的全光波长转换器中主要利用具有较强非线性特性的光纤作为四波混频的介质，其变换速率高，对信号格式透明，且能同时变换多个波长，已逐步取代基于交叉增益调制技术的全光波长转换器和基于交叉增益调制技术的全光波长转换器转换。

现有的基于四波混频效应的全光波长转换器中主要采用光子晶体光纤作为四波混频的介质。光子晶体光纤又可以称作多孔光纤，它利用硅和空气之间折射率的较大差异改变界面空气孔的直径和分布灵活地设计光线的参数，有效纤芯面积小的光子晶体光纤的非线性可以达到常规光纤的100-1000倍,能够满足光纤参量波长转换的需要。但是，光子晶体光纤结构复杂，制作难度大。另外，光子晶体光纤产生四波混频效应所需的光信号的峰值功率仍然较高，只有脉冲激光源才能输出如此大的峰值功率的光信号，因此，现有的采用光子晶体光纤作为四波混频的介质的基于四波混频效应的全光波长转换器仅适用于脉冲光波，无法适用于连续光波的四波混频应用，使用受限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种结构简单，制作难度小，且能适用于连续光波的波长转换的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器。

本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器，包括光合路器、锥形硫系玻璃光纤、光滤波器、光放大器和光探测器；

所述的光合路器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的光合路器的第一输入端用于将接入信号光，所述的光合路器的第二输入端用于接入泵浦光；

所述的锥形硫系玻璃光纤由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，所述的锥形硫系玻璃光纤包括一体成型的第一未拉锥区、第二未拉锥区、第一锥形过渡区、第二锥形过渡区和锥腰，所述的第一未拉锥区的一端通过所述的第一锥形过渡区和所述的锥腰连接，所述的第二未拉锥区的一端通过所述的第二锥形过渡区和所述的锥腰连接；所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区相对于所述的锥腰对称，所述的第一锥形过渡区和所述的第二锥形过渡区相对于所述的锥腰对称，所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区的纤芯直径均为50um、所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区的包层直径均为500um，所述的锥腰的纤芯直径小于1um，所述的第一未拉锥区的另一端为所述的锥形硫系玻璃光纤的输入端，所述的第二未拉锥区的另一端为所述的锥形硫系玻璃光纤的输出端；

所述的光合路器的输出端和所述的锥形硫系玻璃光纤的输入端连接，所述的锥形硫系玻璃光纤的输出端和所述的光滤波器的输入端连接，所述的光滤波器的输出端和所述的光放大器的输入端连接，所述的光放大器的输出端和所述的光探测器的输入端连接。

所述的光放大器为可调光放大器。

与现有技术相比，本发明的全光波长转换器的优点在于通过光合路器、锥形硫系玻璃光纤、光滤波器、光放大器和光探测器实现全光波长转换器，光合路器具有第一输入端、第二输入端和输出端，光合路器的第一输入端用于将接入信号光，光合路器的第二输入端用于接入泵浦光；锥形硫系玻璃光纤由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤包括一体成型的第一未拉锥区、第二未拉锥区、第一锥形过渡区、第二锥形过渡区和锥腰，第一未拉锥区的一端通过第一锥形过渡区和锥腰连接，第二未拉锥区的一端通过第二锥形过渡区和锥腰连接，第一未拉锥区和第二未拉锥区相对于锥腰对称，第一锥形过渡区和第二锥形过渡区相对于锥腰对称，第一未拉锥区和第二未拉锥区的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区和第二未拉锥区的包层直径均为500um，锥腰的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区的另一端为锥形硫系玻璃光纤的输入端，第二未拉锥区的另一端为锥形硫系玻璃光纤的输出端；光合路器的输出端和锥形硫系玻璃光纤的输入端连接，锥形硫系玻璃光纤的输出端和光滤波器的输入端连接，光滤波器的输出端和光放大器的输入端连接，光放大器的输出端和光探测器的输入端连接；采用锥形硫系玻璃光纤作为四波混频的介质，该锥形硫系玻璃光纤的非线性可以达到常规光纤的1万倍左右,在满足光纤参量波长转换的需要的基础上，结构简单，制作难度小。而且，由于锥形硫系玻璃光纤极高的非线性，降低了对输入光信号峰值光功率的高要求；即使输入光信号的峰值光功率较低时，锥形硫系玻璃光纤也能产生显著的四波混频效应，普通的连续光激光器输出的激光功率就能满足系统要求，而不再需要高峰值功率的脉冲激光器；由此，本发明的全光波长转换器不仅结构简单，制作难度小，且能适用于连续光波的波长转换。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种结构简单，制作难度小，且能适用于连续光波的波长转换的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法。

本发明解决上述技术问题之二所采用的技术方案为：一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法，包括以下步骤：

1)根据全波波长转换的要求产生信号光和泵浦光；

2)采用光合路器将信号光和泵浦光合并为第一混合光波，其中光合路器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的信号光输入所述的光合路器的第一输入端，所述的泵浦光输入所述的光合路器的第二输入端，所述的光合路器的输出端输出所述的第一混合光波；

3)将所述的第一混合光波采用锥形硫系玻璃光纤作为介质产生四波混频效应，生成第二混合光波，所述的第二混合光波包括所述的信号光、所述的泵浦光以及所述的信号光和所述的泵浦光通过四波混频效应后生成的转换光，所述的锥形硫系玻璃光纤由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，所述的锥形硫系玻璃光纤包括一体成型的第一未拉锥区、第二未拉锥区、第一锥形过渡区、第二锥形过渡区和锥腰，所述的第一未拉锥区的一端通过所述的第一锥形过渡区和所述的锥腰连接，所述的第二未拉锥区的一端通过所述的第二锥形过渡区和所述的锥腰连接；所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区相对于所述的锥腰对称，所述的第一锥形过渡区和所述的第二锥形过渡区相对于所述的锥腰对称，所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区的纤芯直径均为50um、所述的第一未拉锥区和所述的第二未拉锥区的包层直径均为500um，所述的锥腰的纤芯直径小于1um，所述的第一未拉锥区的另一端为所述的锥形硫系玻璃光纤的输入端，所述的第二未拉锥区的另一端为所述的锥形硫系玻璃光纤的输出端，所述的第一混合光波输入所述的锥形硫系玻璃光纤的输入端，所述的锥形硫系玻璃光纤的输出端输出所述的第二混合光波；

4)采用光滤波器滤除所述的第二混合光波中包含的所述的泵浦光以及所述的信号光，得到所述的转换光；

5)将所述的转换光采用光放大器进行处理后，输入光探测器解调获得数字信号。

所述的光放大器为可调光放大器。

所述的泵浦光采用激光器直接生成，所述的信号光采用数字信号驱动直接调制激光器生成。

与现有技术相比，本发明的全光波长转换方法的优点在于通过锥形硫系玻璃光纤作为四波混频的介质，锥形硫系玻璃光纤包括一体成型的第一未拉锥区、第二未拉锥区、第一锥形过渡区、第二锥形过渡区和锥腰，第一未拉锥区的一端通过第一锥形过渡区和锥腰连接，第二未拉锥区的一端通过第二锥形过渡区和锥腰连接，第一未拉锥区和第二未拉锥区相对于锥腰对称，第一锥形过渡区和第二锥形过渡区相对于锥腰对称，第一未拉锥区和第二未拉锥区的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区和第二未拉锥区的包层直径均为500um，锥腰的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区的另一端为锥形硫系玻璃光纤的输入端，第二未拉锥区的另一端为锥形硫系玻璃光纤的输出端；该锥形硫系玻璃光纤的非线性可以达到常规光纤的1万倍左右,在满足光纤参量波长转换的需要的基础上，结构简单，制作难度小；而且，由于锥形硫系玻璃光纤极高的非线性，降低了对输入光信号峰值光功率的高要求，即使输入光信号的峰值光功率较低时，锥形硫系玻璃光纤也能产生显著的四波混频效应，普通的连续光激光器输出的激光功率就能满足系统要求，而不再需要高峰值功率的脉冲激光器；由此，本发明的全光波长转换器不仅结构简单，制作难度小，且能适用于连续光波的波长转换。

附图说明

图1为本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器的结构图；

图2为本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器的锥形硫系玻璃光纤的结构图；

图3为本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器的四波混频原理图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器，以下结合附图实施例对本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器作进一步详细描述。

实施例一：如图1和图2所示，一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器，包括：光合路器1、锥形硫系玻璃光纤2、光滤波器3、光放大器4和光探测器5；光合路器1具有第一输入端、第二输入端和输出端，光合路器1的第一输入端用于将接入信号光，光合路器1的第二输入端用于接入泵浦光；锥形硫系玻璃光纤2由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤2包括一体成型的第一未拉锥区21、第二未拉锥区22、第一锥形过渡区23、第二锥形过渡区24和锥腰25，第一未拉锥区21的一端通过第一锥形过渡区23和锥腰25连接，第二未拉锥区22的一端通过第二锥形过渡区24和锥腰25连接；第一未拉锥区21和第二未拉锥区22相对于锥腰25对称，第一锥形过渡区23和第二锥形过渡区24相对于锥腰25对称，第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的包层直径均为500um，锥腰25的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区21的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输入端，第二未拉锥区22的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输出端；光合路器1的输出端和锥形硫系玻璃光纤2的输入端连接，锥形硫系玻璃光纤2的输出端和光滤波器3的输入端连接，光滤波器3的输出端和光放大器4的输入端连接，光放大器4的输出端和光探测器5的输入端连接。

实施例二：如图1和图2所示，一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器，包括：光合路器1、锥形硫系玻璃光纤2、光滤波器3、光放大器4和光探测器5；光合路器1具有第一输入端、第二输入端和输出端，光合路器1的第一输入端用于将接入信号光，光合路器1的第二输入端用于接入泵浦光；锥形硫系玻璃光纤2由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤2包括一体成型的第一未拉锥区21、第二未拉锥区22、第一锥形过渡区23、第二锥形过渡区24和锥腰25，第一未拉锥区21的一端通过第一锥形过渡区23和锥腰25连接，第二未拉锥区22的一端通过第二锥形过渡区24和锥腰25连接；第一未拉锥区21和第二未拉锥区22相对于锥腰25对称，第一锥形过渡区23和第二锥形过渡区24相对于锥腰25对称，第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的包层直径均为500um，锥腰25的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区21的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输入端，第二未拉锥区22的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输出端；光合路器1的输出端和锥形硫系玻璃光纤2的输入端连接，锥形硫系玻璃光纤2的输出端和光滤波器3的输入端连接，光滤波器3的输出端和光放大器4的输入端连接，光放大器4的输出端和光探测器5的输入端连接。

本实施例中，光放大器4为可调光放大器。

本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换器的工作原理如图3所示，功率为10dBm、频率为ω₁的信号光和功率为25dBm、、频率为ω₂的泵浦光经过光合路器1后合并为第一混合光波输入到锥形硫系玻璃光纤2中，第一混合光波中的信号光和泵浦光在锥形硫系玻璃光纤2产生四波混频效应得到第二混合光波，第二混合光波包括信号光、泵浦光以及信号光和泵浦光通过四波混频效应后生成的转换光，光滤波器3的中心波长位于2ω₂-ω₁，用于选择目的波长的转换光信号通过，虽然信号光和泵浦光的峰值功率都比较小，但是由于锥形硫系玻璃光纤2的非线性可以达到常规光纤的1万倍左右，信号光和泵浦光在锥形硫系玻璃光纤2产生较强的四波混频效应后能够得到第二混合光波，该第二混合光波先通过光滤波器将信号光和泵浦光滤除得到转换光，转换光采用光放大器4进行处理后，得到符合全波波长转换要求的光波后采用光探测器5解调输出数字信号。

本发明还公开了一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法，以下结合附图实施例对本发明的基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法作进一步详细描述。

实施例一：如图1和图2所示，一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法，包括以下步骤：

1)根据全波波长转换的要求产生信号光和泵浦光；

2)采用光合路器1将信号光和泵浦光合并为第一混合光波，其中光合路器1具有第一输入端、第二输入端和输出端，信号光输入光合路器1的第一输入端，泵浦光输入光合路器1的第二输入端，光合路器1的输出端输出第一混合光波；

3)将第一混合光波采用锥形硫系玻璃光纤2作为介质产生四波混频效应，生成第二混合光波，第二混合光波包括信号光、泵浦光以及信号光和泵浦光通过四波混频效应后生成的转换光，锥形硫系玻璃光纤2由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤2包括一体成型的第一未拉锥区21、第二未拉锥区22、第一锥形过渡区23、第二锥形过渡区24和锥腰25，第一未拉锥区21的一端通过第一锥形过渡区23和锥腰25连接，第二未拉锥区22的一端通过第二锥形过渡区24和锥腰25连接；第一未拉锥区21和第二未拉锥区22相对于锥腰25对称，第一锥形过渡区23和第二锥形过渡区24相对于锥腰25对称，第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的包层直径均为500um，锥腰25的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区21的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输入端，第二未拉锥区22的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输出端，第一混合光波输入锥形硫系玻璃光纤2的输入端，锥形硫系玻璃光纤2的输出端输出第二混合光波；

4)采用光滤波器3滤除第二混合光波中包含的泵浦光以及信号光，得到转换光；

5)将转换光采用光放大器4进行处理后，输入光探测器5解调获得数字信号。

实施例二：如图1和图2所示，一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法，包括以下步骤：

1)根据全波波长转换的要求产生信号光和泵浦光；

2)采用光合路器1将信号光和泵浦光合并为第一混合光波，其中光合路器1具有第一输入端、第二输入端和输出端，信号光输入光合路器1的第一输入端，泵浦光输入光合路器1的第二输入端，光合路器1的输出端输出第一混合光波；

3)将第一混合光波采用锥形硫系玻璃光纤2作为介质产生四波混频效应，生成第二混合光波，第二混合光波包括信号光、泵浦光以及信号光和泵浦光通过四波混频效应后生成的转换光，锥形硫系玻璃光纤2由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤2包括一体成型的第一未拉锥区21、第二未拉锥区22、第一锥形过渡区23、第二锥形过渡区24和锥腰25，第一未拉锥区21的一端通过第一锥形过渡区23和锥腰25连接，第二未拉锥区22的一端通过第二锥形过渡区24和锥腰25连接；第一未拉锥区21和第二未拉锥区22相对于锥腰25对称，第一锥形过渡区23和第二锥形过渡区24相对于锥腰25对称，第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的包层直径均为500um，锥腰25的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区21的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输入端，第二未拉锥区22的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输出端，第一混合光波输入锥形硫系玻璃光纤2的输入端，锥形硫系玻璃光纤2的输出端输出第二混合光波；

4)采用光滤波器3滤除第二混合光波中包含的泵浦光以及信号光，得到转换光；

5)将转换光采用光放大器4进行处理后，输入光探测器5解调获得数字信号。

本实施例中，光放大器4为可调光放大器。

实施例三：如图1和图2所示，一种基于锥形硫系光纤四波混频效应的全光波长转换方法，包括以下步骤：

1)根据全波波长转换的要求产生信号光和泵浦光；

2)采用光合路器1将信号光和泵浦光合并为第一混合光波，其中光合路器1具有第一输入端、第二输入端和输出端，信号光输入光合路器1的第一输入端，泵浦光输入光合路器1的第二输入端，光合路器1的输出端输出第一混合光波；

3)将第一混合光波采用锥形硫系玻璃光纤2作为介质产生四波混频效应，生成第二混合光波，第二混合光波包括信号光、泵浦光以及信号光和泵浦光通过四波混频效应后生成的转换光，锥形硫系玻璃光纤2由普通硫系玻璃光纤拉锥而成，锥形硫系玻璃光纤2包括一体成型的第一未拉锥区21、第二未拉锥区22、第一锥形过渡区23、第二锥形过渡区24和锥腰25，第一未拉锥区21的一端通过第一锥形过渡区23和锥腰25连接，第二未拉锥区22的一端通过第二锥形过渡区24和锥腰25连接；第一未拉锥区21和第二未拉锥区22相对于锥腰25对称，第一锥形过渡区23和第二锥形过渡区24相对于锥腰25对称，第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的纤芯直径均为50um、第一未拉锥区21和第二未拉锥区22的包层直径均为500um，锥腰25的纤芯直径小于1um，第一未拉锥区21的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输入端，第二未拉锥区22的另一端为锥形硫系玻璃光纤2的输出端，第一混合光波输入锥形硫系玻璃光纤2的输入端，锥形硫系玻璃光纤2的输出端输出第二混合光波；

4)采用光滤波器3滤除第二混合光波中包含的泵浦光以及信号光，得到转换光；

5)将转换光采用光放大器4进行处理后，输入光探测器5解调获得数字信号。

本实施例中，光放大器4为可调光放大器。

本实施例中，泵浦光采用激光器直接生成，所述的信号光采用数字信号驱动直接调制激光器生成。