全光波長變換器

1、2013211210班2013211092劉瑞琦全光波長轉(zhuǎn)換器研究意義 如今我國光纖通信技術(shù)和光纖產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，現(xiàn)在我國的主要信息通信網(wǎng)幾乎全部實現(xiàn)了光通信，今后光纖也將進入每個家庭。目前DWDM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到當(dāng)前的通信領(lǐng)域。目前我國傳輸網(wǎng)的最大容量為16010Gbit/s，即1.6Tbit/S DWDM。我們國家通信網(wǎng)絡(luò)的下一步發(fā)展目標(biāo)是向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，要實現(xiàn)全光網(wǎng)的目標(biāo)，必須在光邏輯和光存儲方面有重大的突破以實現(xiàn)真正的光交換，這樣才有可能成為真正的全光網(wǎng)。光波長變換器賦予光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和擴容性，是未來全光網(wǎng)絡(luò)的核心部件。什么是波長轉(zhuǎn)換？定義：光波長轉(zhuǎn)換器是把光信號從一定義：光波長

2、轉(zhuǎn)換器是把光信號從一個波長轉(zhuǎn)換為另一個波長的器件。個波長轉(zhuǎn)換為另一個波長的器件?？刂茊卧鹤儞Q到任意指定的波長?？刂茊卧鹤儞Q到任意指定的波長。 波長轉(zhuǎn)換技術(shù)的意義 波長轉(zhuǎn)換器在光交叉互連(OXC)、光網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 實現(xiàn)波長的分配及管理、光信息的交換及路由，解決網(wǎng)絡(luò)中波長競爭，增加網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性。全光轉(zhuǎn)換 全光型波長轉(zhuǎn)換器是指不經(jīng)過電域處理，直接把信息從一個光波長轉(zhuǎn)換到另一個光波長的器件。在光域中直接實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換可以克服光-電-光波長轉(zhuǎn)換器中電器件的速度瓶頸、透明性低等不足。波長轉(zhuǎn)換器分類全光波長變換器分類全光波長變換器基于光調(diào)制原理基于光混頻原理交叉增益調(diào)制交叉相位調(diào)

3、制差頻四波混頻非線性光學(xué)效應(yīng)利用信號光攜帶的信息調(diào)制有源介質(zhì)的增益，從而調(diào)制在同一介質(zhì)中傳播的探測光(通常是連續(xù)光)的放大倍數(shù)，使其強度產(chǎn)生調(diào)制，實現(xiàn)信息從信號光到探測光的轉(zhuǎn)換。它實際上可以看作是特殊的光控光開關(guān)。全光波長轉(zhuǎn)換器有很多種實現(xiàn)方法。從所采用的基本原理來看，一般是利用了光學(xué)媒質(zhì)的各種光學(xué)非線性效應(yīng)。當(dāng)信號光和探測光共同傳播時，信號光強度信號能夠調(diào)制非線性介質(zhì)的有效折射率，從而改變探測光的傳播相位。如果利用干涉儀將探測光分成兩路，并利用信號光改變兩路光之間的相差，在輸出端發(fā)生相長或相消干涉，就可使得信號光的信息同相或反相地轉(zhuǎn)換到了探測光上。常用的干涉儀有馬赫一曾德千涉儀、邁克爾遜干涉

4、儀等。四波混頻是一種重要的三階非線性效應(yīng)。在量子力學(xué)中的定義是：一個或幾個光波的光子被湮滅，同時產(chǎn)生了幾個不同頻率的新光子，且在此參量過程中，凈能量和動量是守恒的。光纖中的四波混頻現(xiàn)象是有利還是有害，將取決于其具體應(yīng)用在什么方面。在WDM系統(tǒng)中，F(xiàn)WM能夠引起信道間的竄話，限制了系統(tǒng)的通信質(zhì)量，因此將盡量降低FWM現(xiàn)象。然而正是由于FWM能夠頗為有效地產(chǎn)生新的光波，人們已對它進行了廣泛地研究，F(xiàn)WM現(xiàn)象又可被利用實現(xiàn)完全透明的全光波長變換。交叉增益調(diào)制（XGM）型 利用利用SOASOA的增益的增益和和特點特點 利用增益介質(zhì)中利用增益介質(zhì)中的載流子濃度來的載流子濃度來復(fù)調(diào)制復(fù)調(diào)制 輸入與輸出完全

5、輸入與輸出完全相反。相反。交叉增益調(diào)制（XGM）型 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高轉(zhuǎn)換效率高波長轉(zhuǎn)換范圍寬波長轉(zhuǎn)換范圍寬對偏振不敏感對偏振不敏感 缺點：缺點：輸入輸出信號反相輸入輸出信號反相輸出消光比退化（上轉(zhuǎn)換時輸出消光比退化（上轉(zhuǎn)換時“能帶倒空能帶倒空”，退化嚴重（，退化嚴重（增加增加SOASOA有效長度來改進，級聯(lián)）有效長度來改進，級聯(lián)）比特率透明有限比特率透明有限噪聲指數(shù)高噪聲指數(shù)高啁啾大啁啾大交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意圖交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意圖交叉相位調(diào)制（XPM）型 優(yōu)點：優(yōu)點：輸入信號功率小頻率

6、啁啾小或負啁啾消光比大大提高便于集成，工作穩(wěn)定，適用方便 缺點：缺點：輸入功率的動態(tài)范圍比較窄，所以必須對輸入信號的功率進行嚴格控制，只有采用單片集成技術(shù)才能得到較好的效果基于四波混頻效應(yīng) FWMFWM的四個頻率的四個頻率0022sppssp信號頻率泵浦頻率基于四波混頻效應(yīng) 優(yōu)點優(yōu)點：調(diào)制格式透明，任何信息（幅度，相位和頻率）都能保留下來能同時轉(zhuǎn)換多個波長作用距離短，對相位匹配不敏感轉(zhuǎn)換后信號光譜反轉(zhuǎn)，因此可以用于色散補償 缺點：缺點：轉(zhuǎn)換效率低，轉(zhuǎn)換后信噪比惡化上轉(zhuǎn)換效率比下轉(zhuǎn)換低轉(zhuǎn)換范圍小偏振相關(guān)基于四波混頻效應(yīng) 針對FWM-WC的缺點，人們不斷在改進。1.增加SOA有源區(qū)長度，提高轉(zhuǎn)換效

7、率，增加信噪比。2.注入短波長補助光，提高轉(zhuǎn)換效率。3.采用垂直偏正雙泵浦消除偏正相關(guān)的影響，提高轉(zhuǎn)換的范圍。4.優(yōu)化非線性介質(zhì)，提高轉(zhuǎn)換效率。5.研究單個波長轉(zhuǎn)換器件的同時，也研究級聯(lián)器件?；诓铑l過程（DFG） 差頻產(chǎn)生（二階非線性效應(yīng)）0ps基于差頻過程（DFG） 優(yōu)點：優(yōu)點：幅度，頻率和相位具有嚴格的透明性不會附加噪聲輸出信號啁啾反轉(zhuǎn)可實現(xiàn)多波長轉(zhuǎn)換輸出頻譜反轉(zhuǎn)，可以進行信號的色散補償 缺點：缺點：波導(dǎo)制作難度大，成本高低波長光的耦合轉(zhuǎn)換效率比較低DFG-WC與FWM-WC比較FWM-WCFWM-WCDFG-WCDFG-WC本質(zhì)本質(zhì)SOASOA中的三階非線性中的三階非線性PPLNPPL

8、N的二階非線性的二階非線性轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率變化大（變化大（20dB20dB）低（一般在低（一般在-17dB-17dB）轉(zhuǎn)換范圍轉(zhuǎn)換范圍小小大，且平坦大，且平坦衛(wèi)星頻率衛(wèi)星頻率有有無無偏振敏感偏振敏感單泵浦時強烈單泵浦時強烈不敏感不敏感多通道同時轉(zhuǎn)換多通道同時轉(zhuǎn)換透明度透明度好好好好基于LLPN實現(xiàn)波長變換對全光波長變換器的創(chuàng)新 課題考慮了全光波長轉(zhuǎn)換器的創(chuàng)新，對基于半導(dǎo)體激光器AOWC的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生了興趣。此類激光器應(yīng)基于交叉增益調(diào)制和四波混頻效應(yīng)FWM來實現(xiàn)。創(chuàng)新討論FWM效應(yīng)的全光波長變換器半導(dǎo)體激光器FWM全光波長變換器 基于激光器的FWM過程，利用激光器自激光作為泵浦，無需其他泵浦光源，

9、與外信號簡并形成FWM。由于飽和效應(yīng)，激光器FWN的轉(zhuǎn)換效率不高。 利用光纖外柵外腔SOA實現(xiàn)四波混頻的方法，以光柵OFG外腔激光器的一反射面，以兩邊分別鍍減反膜與高反膜的SOA為有源介質(zhì)。信號光從OFG那邊注入SOA，與激震波發(fā)生四波混頻。信號功率小于1mW時，2.5Gbit/s轉(zhuǎn)換速率誤碼率小于10-9元器件的參數(shù)指標(biāo)前景展望 對于下一代高容量光網(wǎng)絡(luò)，基于波混頻的全光波長轉(zhuǎn)換在下一代光網(wǎng)絡(luò)中具有較大的優(yōu)勢，因為它能夠?qū)崿F(xiàn)完全透明的波長轉(zhuǎn)換，這對于高級光交換至關(guān)重要。在這些波長轉(zhuǎn)換技術(shù)中，最終誰將勝出，在一定程度上也取決于網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。 波長轉(zhuǎn)換器件的應(yīng)用不只局限于光網(wǎng)絡(luò)。從更廣的視角看，波長轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于一個信號處理器，能夠輸入、輸出和加載控制信號，就如同真空管時代的晶體管和三極管，因此波長轉(zhuǎn)換器將具有更廣闊的應(yīng)用空間 今后的發(fā)展趨勢是可集成，可調(diào)諧，高性能和實用化?？偨Y(jié) 本文介紹了全光波長轉(zhuǎn)換器在光網(wǎng)絡(luò)中的作用，并介紹了幾種常見的波長轉(zhuǎn)換器及其優(yōu)缺點（光-電-光，XGM-WC，XPM-WC，F(xiàn)WM-WC，DFG-WC），同時介紹了一種SFG-DFG型的可調(diào)諧光纖轉(zhuǎn)換器，最后