全光波长变换器

1、2013211210班2013211092刘瑞琦全光波长转换器研究意义 如今我国光纤通信技术和光纤产业得到了迅猛的发展，现在我国的主要信息通信网几乎全部实现了光通信，今后光纤也将进入每个家庭。目前DWDM技术被广泛应用到当前的通信领域。目前我国传输网的最大容量为16010Gbit/s，即1.6Tbit/S DWDM。我们国家通信网络的下一步发展目标是向全光网络发展，要实现全光网的目标，必须在光逻辑和光存储方面有重大的突破以实现真正的光交换，这样才有可能成为真正的全光网。光波长变换器赋予光网络的灵活性和扩容性，是未来全光网络的核心部件。什么是波长转换？定义：光波长转换器是把光信号从一定义：光波长

2、转换器是把光信号从一个波长转换为另一个波长的器件。个波长转换为另一个波长的器件。控制单元：变换到任意指定的波长。控制单元：变换到任意指定的波长。 波长转换技术的意义 波长转换器在光交叉互连(OXC)、光网络管理等领域中得到了广泛的应用。 实现波长的分配及管理、光信息的交换及路由，解决网络中波长竞争，增加网络管理的灵活性。全光转换 全光型波长转换器是指不经过电域处理，直接把信息从一个光波长转换到另一个光波长的器件。在光域中直接实现波长转换可以克服光-电-光波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。波长转换器分类全光波长变换器分类全光波长变换器基于光调制原理基于光混频原理交叉增益调制交叉相位调

3、制差频四波混频非线性光学效应利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，从而调制在同一介质中传播的探测光(通常是连续光)的放大倍数，使其强度产生调制，实现信息从信号光到探测光的转换。它实际上可以看作是特殊的光控光开关。全光波长转换器有很多种实现方法。从所采用的基本原理来看，一般是利用了光学媒质的各种光学非线性效应。当信号光和探测光共同传播时，信号光强度信号能够调制非线性介质的有效折射率，从而改变探测光的传播相位。如果利用干涉仪将探测光分成两路，并利用信号光改变两路光之间的相差，在输出端发生相长或相消干涉，就可使得信号光的信息同相或反相地转换到了探测光上。常用的干涉仪有马赫一曾德千涉仪、迈克尔逊干涉

4、仪等。四波混频是一种重要的三阶非线性效应。在量子力学中的定义是：一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此参量过程中，净能量和动量是守恒的。光纤中的四波混频现象是有利还是有害，将取决于其具体应用在什么方面。在WDM系统中，FWM能够引起信道间的窜话，限制了系统的通信质量，因此将尽量降低FWM现象。然而正是由于FWM能够颇为有效地产生新的光波，人们已对它进行了广泛地研究，FWM现象又可被利用实现完全透明的全光波长变换。交叉增益调制（XGM）型 利用利用SOASOA的增益的增益和和特点特点 利用增益介质中利用增益介质中的载流子浓度来的载流子浓度来复调制复调制 输入与输出完全

5、输入与输出完全相反。相反。交叉增益调制（XGM）型 优点：优点：结构简单、容易实现结构简单、容易实现转换效率高转换效率高波长转换范围宽波长转换范围宽对偏振不敏感对偏振不敏感 缺点：缺点：输入输出信号反相输入输出信号反相输出消光比退化（上转换时输出消光比退化（上转换时“能带倒空能带倒空”，退化严重（，退化严重（增加增加SOASOA有效长度来改进，级联）有效长度来改进，级联）比特率透明有限比特率透明有限噪声指数高噪声指数高啁啾大啁啾大交叉相位调制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意图交叉相位调制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意图交叉相位调制（XPM）型 优点：优点：输入信号功率小频率

6、啁啾小或负啁啾消光比大大提高便于集成，工作稳定，适用方便 缺点：缺点：输入功率的动态范围比较窄，所以必须对输入信号的功率进行严格控制，只有采用单片集成技术才能得到较好的效果基于四波混频效应 FWMFWM的四个频率的四个频率0022sppssp信号频率泵浦频率基于四波混频效应 优点优点：调制格式透明，任何信息（幅度，相位和频率）都能保留下来能同时转换多个波长作用距离短，对相位匹配不敏感转换后信号光谱反转，因此可以用于色散补偿 缺点：缺点：转换效率低，转换后信噪比恶化上转换效率比下转换低转换范围小偏振相关基于四波混频效应 针对FWM-WC的缺点，人们不断在改进。1.增加SOA有源区长度，提高转换效

7、率，增加信噪比。2.注入短波长补助光，提高转换效率。3.采用垂直偏正双泵浦消除偏正相关的影响，提高转换的范围。4.优化非线性介质，提高转换效率。5.研究单个波长转换器件的同时，也研究级联器件。基于差频过程（DFG） 差频产生（二阶非线性效应）0ps基于差频过程（DFG） 优点：优点：幅度，频率和相位具有严格的透明性不会附加噪声输出信号啁啾反转可实现多波长转换输出频谱反转，可以进行信号的色散补偿 缺点：缺点：波导制作难度大，成本高低波长光的耦合转换效率比较低DFG-WC与FWM-WC比较FWM-WCFWM-WCDFG-WCDFG-WC本质本质SOASOA中的三阶非线性中的三阶非线性PPLNPPL

8、N的二阶非线性的二阶非线性转换效率转换效率变化大（变化大（20dB20dB）低（一般在低（一般在-17dB-17dB）转换范围转换范围小小大，且平坦大，且平坦卫星频率卫星频率有有无无偏振敏感偏振敏感单泵浦时强烈单泵浦时强烈不敏感不敏感多通道同时转换多通道同时转换透明度透明度好好好好基于LLPN实现波长变换对全光波长变换器的创新 课题考虑了全光波长转换器的创新，对基于半导体激光器AOWC的转换器产生了兴趣。此类激光器应基于交叉增益调制和四波混频效应FWM来实现。创新讨论FWM效应的全光波长变换器半导体激光器FWM全光波长变换器 基于激光器的FWM过程，利用激光器自激光作为泵浦，无需其他泵浦光源，

9、与外信号简并形成FWM。由于饱和效应，激光器FWN的转换效率不高。 利用光纤外栅外腔SOA实现四波混频的方法，以光栅OFG外腔激光器的一反射面，以两边分别镀减反膜与高反膜的SOA为有源介质。信号光从OFG那边注入SOA，与激震波发生四波混频。信号功率小于1mW时，2.5Gbit/s转换速率误码率小于10-9元器件的参数指标前景展望 对于下一代高容量光网络，基于波混频的全光波长转换在下一代光网络中具有较大的优势，因为它能够实现完全透明的波长转换，这对于高级光交换至关重要。在这些波长转换技术中，最终谁将胜出，在一定程度上也取决于网络的体系结构。 波长转换器件的应用不只局限于光网络。从更广的视角看，波长转换器相当于一个信号处理器，能够输入、输出和加载控制信号，就如同真空管时代的晶体管和三极管，因此波长转换器将具有更广阔的应用空间 今后的发展趋势是可集成，可调谐，高性能和实用化。总结 本文介绍了全光波长转换器在光网络中的作用，并介绍了几种常见的波长转换器及其优缺点（光-电-光，XGM-WC，XPM-WC，FWM-WC，DFG-WC），同时介绍了一种SFG-DFG型的可调谐光纤转换器，最后