专利名称：Sbs慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信(含光网络)及光信息处理领域，尤其是利用光纤 产生慢光延迟的装置。
背景技术：
慢光延迟利用不同的物理机制，将光的传输速度在介质中加以控制以 便应用在不同的领域，主要包括(l)光信息处理；(2)光通信系统及全光 网络。目前的光通信系统与网络中某些关键技术还是通过将光信号转化为 电信号来实现，例如信息的存储、路由、开关以及其他信号的处理。显 然，传统的光电转换由于受转换极限速率以及成本的限制已不能满足网 络容量的发展需求，下一代光通信系统的必然方向将是全光通信。在这 样的网络或系统中，不是通过光电转换来处理光信息，而是直接利用光 来控制光信号，如图2所示的典型全光交换节点。主要功能如同步，缓 存，路由，幵光以及信息的提取等等都由光来实现。EIT/CPO等产生慢光延迟的方法对实验条件要求较高，系统复杂，只 能在一些特殊气体或晶体中针对某些特定波长的光实现光速减慢，难以 实用。本发明主要着眼基于光纤受激布里渊散射导致的慢光效应。SBS为一种窄带放大过程，可以理解为两束相向传播的光(泵浦光和 Stokes信号光)的相互作用。如果泵浦光足够强而且与Stokes光之间满足相位匹配条件就会产生声子。声子散射泵浦光使之转变为Stokes光， 产生窄带增益。通过这一过程，泵浦光引起Stokes光的传播常数发生 改变，从而使其频率发生变化。考虑到以Stokes光波长传输的光脉冲， 传播常数/^逭频率的突变会导致群速度(定义为K, = cto/^ )的强烈变化， 从而使光脉冲加速或延迟，其增益与产生的延时之间的关系如图3a所 示。可以看到，增益和延时谱都呈现窄带的单峰值形状，而且理论上最 大的延时对应着色散为零的增益峰值波长处。采用SBS这种机制作为研究重点之一的原因包括(a)宽带的可调波 长范围；(b)室温下可工作；(C)相对简单的实验要求；(d)与光纤通信系统 内在的可集成性(工作波长，光纤传输介质等等)。本发明也是针对基 于在光纤中的SBS慢光效应系统设计的。理论上，当相干光源用作泵浦 源来产生SBS效应时，增益谱为洛仑兹形状，其带宽只有几十兆赫兹 ( 35MHz)，远远不能满足实际传输系统的要求。目前，对工作带宽问题 的解决主要是通过对相干的泵浦源进行频率调制，如直接或高斯电噪声 调制[M. G. Herr&ez， K. Y. Song, and L. Th6venaz，. "Arbitrary-bandwidth Brillouin slow light in optical fibers," 五x/7mw, 14, 1395—1400， 2006]， 外相位调制[L. Yi, L. Zhan, W. Hu， Y. Xia， "Delay of Broadband Signals Using Slow Light in Stimulated Brillouin Scattering With Phase-Modulated Pump," 尸/wto". T^c/rno/. Ze".， 19， 619-621， 2007]和中国专利申请 20061015013.4。其构造框图如图4所示，经调制后由高功率光放大器放 大。 一般调制频率为几个GHz，增益带宽则为宽带的泵浦谱与其内在的 MHz增益谱的巻积，这样可以使得目前的慢光增益/延时谱宽达到几十个GHZ以上，从而可以满足单通道通信信号传输的要求。由图4的结构看出，其方法采用的都需要相对昂贵的光电子器件(如 直调激光器，相位调制器等等)。更进一步讲，如果是一个多信道(多 信号波长)的慢光系统，对每一个通道则都需要这样一个装置，最终系 统的复杂程度和成本可想而知。另外，对SBS慢光效应来讲，增益的带宽与产生的延迟是相互矛盾的，提高带宽会减少延时量，反之亦然。因此，研究人员也不断地向不 同方法来优化或提高整个(延迟*带宽)参数，例如对不同泵浦源的比较[R. Pant, M. D. Stenner, M. A. Neifeld, and D. J. Gauthier, "Optimal pump profile designs for broadband SBS slow-light systems," jEx/ re^, 2007]，或采用两个增益峰来增大延迟[K.Y. Song, M. G. Herraez, and L. Thevenaz, "Gain-assisted pulse advancement using single and double Brillouin gain peaks in optical fibers," Ex/ mw， 13(24), 9758-9765, 2005]。发明内容鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是研究一新的技术途径设 计多波长的泵浦源结构装置来(a)提高单个信道的(延迟*带宽)参数；并 (b)适用于多信道系统同时能够产生慢光延迟。使之降低系统的复杂程度 和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统的性能。本发明的目的是通过如下的手段实现的SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括宽带光源，第一起偏器和特征光器件。采用本发明的设计，不采用普通激光器作为泵浦源，而是采用宽带 的光源(如宽带ASE-自发辐射放大光源)。通过对宽带光源进行周期 性滤波(滤波周期可以固定或可调)，从而同时输出多个相对(与普通 激光器对比)己经展宽的泵浦源(相互之间的幅度对比可以固定或可 调)。这些由同一宽带光源产生的多个泵浦源可以用在多信道系统中同 时产生慢光效应，也可以同时作用在一个信道上来优化最后的增益谱。 降低了系统的复杂程度和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统 的性能。
如下图1为全光网络的一个节点示意图。图2为基于受激布里渊散射(SBS)慢光效应中增益与延时谱图。图3为现有技术中两种泵浦优化方式构造框图。图4为本发明原理示意和构造框图。图5为本发明可调的偏振群时延模块工作方式框图。图6为本发明可调多波长泵浦源相对幅度工作方式框图。图7为本发明实施例实施方式构造框图具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。图4表达了本发明基本原理，宽带光源101经过一个起偏器102后， 再通过一个光学滤波器103。这个光学滤波器不是单一波长的，而是能 够产生周期性滤波效果的(如法-钼腔，即F-P光滤波器)。这样一来，通过滤波器后将产生多个泵浦波长。与具有相干性的普通激光器相比， 这些非相干的波已经是相对宽带的了，不需要再采取措施来展宽，因而 可以直接作为泵浦源用于慢光系统104。这样相当于我们同时有了一系 列的泵浦源。在应用上，对于多波长系统，这些泵浦源可以同时作用在 相应的信道上，同时产生慢光效应；而对于单波长系统，如果(滤波器)选择合适，这些泵浦源可以产生综合效果，进一步优化单波长慢光效应 的增益谱宽度，以适应更高传输码率的传输。考虑到F-P光滤波器的间距都是固定的，而在真实系统中，很多情况下希望能够动态调整泵浦源谱线之间的间距，这样做除了保持采用F-P光滤波器所能达到的基本用途外，还具有(a)对不同信道间距的多波 长系统可以通过调整谱线间距来达到匹配；(b)对于优化增益谱和延迟 范围显然多了一个自由度。为实现可调间距的谱线输出，我们设计了图5所示的结构。宽带光 源201通过第一个起偏器202后，再通过一个可调的偏振群时延 (Differential Group Delay-DGD)模块203, DGD模块203的结构与文献 [L,S. Yan, C. Yeh, G. Yang， L. Lin, Z. Chen, Y. Q. Shi, A. E. Willner， and X. Steve Yao, "Programmable group delay module using binary polarization switching," / 丄妙fw騰rec/z"o/" 21(7)， 1676-1684， 2003]相同。模块203 输出后再通过第二个起偏器204。通过调整203模块DGD值的大小，可 以使谱线间距动态改变，产生如205A或205B这样不同的输出，再去作 用于慢光系统206。对所选DGD模块而言，输出的一系列泵浦源相互之 间的谱线间距AX与DGD值之间的关系符合AA (nm) = 8.01 /DGD (ps)at A = 1550腿考虑到在一些情况下，输出的泵浦谱线之间相对的幅度不一定要保 持相同，而是希望能够有一定的趋势(如随着波长增大而幅度增大或减 小)。对这样的要求，图6给出了进一步提出了解决方案，适合图4和 图5方案的进一步选择性优化。以图4方案为例，在图4有301， 302 和303组成的多泵浦输出的基础上，再增加一个模块304来调整输出相 对幅度关系。例如，采用长周期光纤光栅，然后再作用于慢光系统305。 通过这样几种相关补充的泵浦设计，能够进一步提高系统优化的可能 性，适应不同系统的要求。一个典型的具体实施例子如图7所示。从激光器401产生的光信号 经电光调制器402调制后，生成信息码流(如RZ-DPSK)，再由一掺铒 光纤放大器(EDFA)403将信号放大，经可调光衰减器404将信号功率控 制到合适值。偏振控制器405用来将光信号的偏振态调整好，应增强慢 光效应。光信号通过光纤环形器406进入到长度为2000米的高非线性 光纤407中。而多波长输出的泵浦光则由宽带光源409经第一个起偏器 410，可调偏振群时延模块411和第二个起偏器后，由高功率擦掺铒光 纤放大器413进行放大(用的是2W输出的ManLight公司的高功率 EDFA)，经又一环形器408反向进入高非线性光纤与信号相互作用， 通过SBS效应产生适当的慢光输出。信号通过第二个可调光衰减器414 后再通过光纤放大器415后经光滤波器416选择出需要测量的信道，而 后由接收机417探测到光信息码流并输出给误码仪418进行形能分析。
权利要求
1、SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括宽带光源，第一起偏器和特征光器件。
2、 根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，， 其特征在于，所述特征光器件周期性滤波器件。
3、 根据权利要求2所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，， 其特征在于，所述周期性滤波器件滤波周期可以固定或可调。
4、 根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置， 其特征在于，所述特征光器件由可调的偏振群时延模块及与之顺序相 连的第二起偏器构成。
5、 根据权利要求2所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置， 其特征在于，其特征在于，所述周期性滤波器件为F-P光滤波器。
6、 根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置， 其特征在于，在所述特征光器件后顺序连接一相对幅度调节构件。
7、 根据权利要求6所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置， 其特征在于，在所述相对幅度调节构件为一长周期光纤光栅。
8、 根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置， 其特征在于，所述宽带光源采用宽带ASE-自发辐射放大光源。
全文摘要
本发明公开了一种SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括宽带光源，第一起偏器和特征光器件。采用本发明的设计通过对宽带光源进行周期性滤波，从而同时输出多个相对已经展宽的泵浦源。这些由同一宽带光源产生的多个泵浦源可以用在多信道系统中同时产生慢光效应，也可以同时作用在一个信道上来优化最后的增益谱。降低了系统的复杂程度和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统的性能。
文档编号H04B10/12GK101247179SQ200810044930
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者炜 潘, 斌 罗, 闫连山 申请人:西南交通大学