一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，本轉(zhuǎn)換器二激光器的二泵浦光經(jīng)偏振控制器、線偏振光轉(zhuǎn)換裝置、第一光耦合器后，與信號光一起接入第二光耦合器、摻鉺光纖放大器、光環(huán)行器至PPLN脊波導(dǎo)，前向光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡反射，后向光束又入脊波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器輸出。使用時二泵浦光經(jīng)偏振控制器調(diào)整為TM模的泵浦光，在線偏振光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槠穹较蚺cPPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行、與X軸成角θ的線偏振光,在脊波導(dǎo)中分解為振幅比為tgθ的TE和TM模，泵浦光與信號光的TM模發(fā)生級聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，其它前向光經(jīng)法拉第反射鏡反射和模式轉(zhuǎn)換,再返脊波導(dǎo)。本轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)與信號光偏振態(tài)無關(guān)的波長轉(zhuǎn)換。
【專利說明】一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及了一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，即一種基于PPLN光波導(dǎo)的級聯(lián)和頻與差頻型的全光波長轉(zhuǎn)換器，主要適用于密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，需要大容量和高速率的數(shù)據(jù)傳輸。在光纖通信系統(tǒng)中，密集波分復(fù)用(DWDM)能特別顯著的提高其傳輸容量，密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)展前途最被看好的技術(shù)。全光波長轉(zhuǎn)換器是密集波分復(fù)用光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能器件之一，全光波長轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)信息從一個波長的光載波到另一個波長的光載波的復(fù)制，有助于波長再利用，有效進(jìn)行動態(tài)路由選擇，降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率，進(jìn)而可以提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)充性，實現(xiàn)開放式DWDM系統(tǒng)中光信號的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0003]目前常用的全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括:交叉增益調(diào)制(XGM)，交叉相位調(diào)制(XPM)，激光增益飽和吸收效應(yīng)，電吸收調(diào)制(EA)，非線性光學(xué)環(huán)形鏡(N0LM)，四波混頻(FWM)，二階非線性效應(yīng)等。現(xiàn)有方案中，基于周期極化鈮酸鋰光波導(dǎo)，簡稱為PPLN光波導(dǎo)，的全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，因PPLN光波導(dǎo)的二階非線性效應(yīng)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，如對信號比特率和調(diào)制形式嚴(yán)格透明、多波長同時轉(zhuǎn)換能力、鏡像波長變換特性、噪聲指數(shù)極低、響應(yīng)速度快，以及轉(zhuǎn)換帶寬很寬等，因而基于PPLN光波導(dǎo)的全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)近年來受到各國科技工作者的高度重視。
[0004]目前國內(nèi)外在基于PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換方面已經(jīng)開展了許多有意義的工作，主要包括基于直接差頻(DFG)，基于級聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)，基于級聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)等二階以及級聯(lián)二階非線性效應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換技術(shù)。但是這些技術(shù)均存在著缺陷。
[0005]DFG型全光波長轉(zhuǎn)換器雖然轉(zhuǎn)換效率較高，但由于其所用的泵浦光(0.775 μ m)和信號光(1.5 μ m)處于不同波段，而且相差很大，DFG型全光波長轉(zhuǎn)換器難以很好地把泵浦光和信號光同時I禹合進(jìn)入波導(dǎo)，難以同時實現(xiàn)泵浦光和信號光在光波導(dǎo)內(nèi)的單模傳輸。
[0006]基于級聯(lián)倍頻和差頻的SHG+DFG型波長轉(zhuǎn)換器解決了 DFG型波長轉(zhuǎn)換器遇到的困難，注入的泵浦光和信號光同處于1.5 μ m波段，可實現(xiàn)1.5 μ m波段的全光波長轉(zhuǎn)換。但是，由于級聯(lián)倍頻和差頻過程中泵浦光占據(jù)了信號光的波段，這是很多DWDM系統(tǒng)所不允許的。而且倍頻(SHG)過程準(zhǔn)相位匹配(QPM)波長處的泵浦光波長響應(yīng)帶寬非常窄，對于固定輸入的信號光，傳統(tǒng)的SHG+DFG型波長轉(zhuǎn)換器難以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換閑頻光的可調(diào)諧輸出，而可調(diào)諧的波長轉(zhuǎn)換對于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性又是非常重要的。
[0007]基于級聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)的全光波長轉(zhuǎn)換器可以同時解決DFG型和傳統(tǒng)級聯(lián)倍頻和差頻的SHG+DFG型波長轉(zhuǎn)換器所遇到的問題。一方面所有入射光均處于1.5μπι波段，另一方面即使對于固定波長輸入的信號光也可以方便地實現(xiàn)可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換。基于級聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)具有二階級聯(lián)非線性效應(yīng)，置于信號光波段窗口的兩邊的第一泵浦光和第二泵浦光的波長近似關(guān)于倍頻(SHG)過程準(zhǔn)相位匹配波長對稱，第一泵浦光的波長為X1、頻率為(O1，第二泵浦光的波長為λ2、頻率為ω2。泵浦波長與信號波長相近容易實現(xiàn)最佳耦合又不會占用信號波段。調(diào)節(jié)第一、第二泵浦光，使第一泵浦光波長和第二泵浦光波長滿足或近似滿足和頻(SFG)過程的準(zhǔn)相位匹配條件，此時第一、第二泵浦光發(fā)生和頻(SFG)反應(yīng)，產(chǎn)生和頻光，和頻光波長為Xsf、頻率為coSF，COsf= ωρ1+ωρ2。與此同時，信號光(波長為As、頻率為《s)與和頻光發(fā)生差頻(DFG)相互作用得到轉(zhuǎn)換閑頻光(波長為λρ頻率為(Oi), ω?=ωΜ-ω3。根據(jù)能量守恒原理，信號光，第一泵浦光，第二泵浦光，和頻光以及轉(zhuǎn)換閑頻光的波長滿足以下關(guān)系式:[0008]SFG:1/ λ SF=1/ λ ρ1+1/ λ ρ2
[0009]DFG:1/ λ 尸1/ λ SF_1/ λ s
[0010]SFG+DFG:1/ λ 尸1/ λ ρ1+1/ λ ρ2_1/ λ s
[0011]λρ1——第一泵浦光的波長
[0012]λρ2——第二泵浦光的波長
[0013]As——信號光的波長
[0014]Asf——和頻光的波長
[0015]Ai——轉(zhuǎn)換閑頻光的波長
[0016]但現(xiàn)有的基于級聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)的全光波長轉(zhuǎn)換器具有偏振相關(guān)性，當(dāng)信號光以偏振態(tài)輸入，最后輸出的轉(zhuǎn)換閑頻光強(qiáng)度將隨信號光偏振方向的變化而改變，因而在某些的波長范圍內(nèi)波長轉(zhuǎn)換效率較低。
實用新型內(nèi)容
[0017]本實用新型的目的在于提供一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，該全光波長轉(zhuǎn)換器的PPLN光波導(dǎo)為PPLN脊波導(dǎo)，且接有線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率較高，尤其是偏振無關(guān)性性能好，而且可進(jìn)行細(xì)微調(diào)諧。
[0018]本實用新型設(shè)計的一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，包括激光器、偏振控制器、光稱合器、摻鉺光纖放大器、光隔離器、光環(huán)行器、PPLN光波導(dǎo)、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡，第一激光器和第二激光器均為可調(diào)諧外腔激光器，發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出接入第一光稱合器后，與經(jīng)過偏振控制器的任意偏振態(tài)的信號光一起接入第二光稱合器，第二光率禹合器的輸出接入摻鉺光纖放大器，放大器的輸出經(jīng)光隔離器接入光環(huán)行器第一端口，光環(huán)行器第二端口輸出的前向傳輸?shù)墓馐?jīng)過PPLN光波導(dǎo)后,光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡反射，后向傳輸?shù)墓馐诌M(jìn)入PPLN光波導(dǎo),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器的第三端口輸出為本波長轉(zhuǎn)換器的輸出。
[0019]所述第一泵浦光、第二泵浦光以及信號光均為C波段。
[0020]所述第一泵浦光的波長為λρ1，第二泵浦光的波長為λ ρ2，本裝置所產(chǎn)生的和頻光波長為λ SF，各波長滿足:1/ λ SF=1/ λ ρ1+1/ λ ρ2。
[0021]本實用新型所用的PPLN光波導(dǎo)為PPLN脊波導(dǎo)，此脊波導(dǎo)的襯底為鈮酸鋰晶片，波導(dǎo)層為Z切周期極化的摻鋅鈮酸鋰晶片，襯底和波導(dǎo)層直接鍵合，脊波導(dǎo)的橫切面為垂直于Z軸的XOY平面,稱為Z切面。PPLN脊波導(dǎo)既可傳輸TM模,又可傳輸TE模,無需用偏振分束器把信號光分成相互正交的TE模和TM模，在輸出端也無需使用偏振合束器把轉(zhuǎn)換閑頻光的TE模和TM模合成，減小波長轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性。而且PPLN脊波導(dǎo)限制信號光和泵浦光集中在波導(dǎo)內(nèi)傳輸，有利于提高轉(zhuǎn)換效率。
[0022]分別經(jīng)過第一偏振控制器和第二偏振控制器的第一、第二泵浦光接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，再接入第一光耦合器。線偏振光轉(zhuǎn)換裝置把X方向偏振的TM模式的泵浦光轉(zhuǎn)換為另一種線偏振光，轉(zhuǎn)換后的線偏振光的偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)的橫截面(即Z切面)平行，并與垂直的X軸成角度Θ。
[0023]所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置包括第一法拉第盒和第二法拉第盒，基于法拉第磁致旋光效應(yīng)的原理，法拉第盒內(nèi)的磁致旋光物質(zhì)使通過的線偏振光的振動面在其磁場作用下轉(zhuǎn)過一定角度，通過法拉第盒的線偏振光振動面轉(zhuǎn)過的角度Θ與法拉第盒的磁場的關(guān)系式為:
[0024]Θ =VBL
[0025]式中B為法拉第盒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為磁致旋光物質(zhì)的長度，V為比例系數(shù)維爾德常量，V與磁致旋光物質(zhì)的溫度，性質(zhì)以及入射光波長有關(guān)。
[0026]本實用新型的第一泵浦光和第二泵浦光，分別進(jìn)入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第一法拉第盒和第二法拉第盒，分別對兩個泵浦光進(jìn)行線偏振光的轉(zhuǎn)換，以提高線偏振泵浦光轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。
[0027]所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ，使線偏振泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)中分解的TM模和TE模振幅比例為I比I。
[0028]第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出各經(jīng)保偏光纖接入第一光稱合器,偏振控制器與保偏光纖結(jié)合以產(chǎn)生較好的泵浦光TM模。
[0029]在光環(huán)行器第三端口所接的光纖上接有第一光纖光柵和第二光纖光柵，第一光纖光柵和第二光纖光柵的反射譜中心波長分別為第一泵浦光和第二泵浦光的波長。未轉(zhuǎn)換的泵浦光將被第一光纖光柵和第二光纖光柵反射回光環(huán)行器、又進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)再利用，提高泵浦光的利用率，提高轉(zhuǎn)換效率。
[0030]本實用新型的級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器使用時第一可調(diào)諧激光器和第二可調(diào)諧激光器發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器和第二偏振控制器，調(diào)整其偏振方向、使第一、第二泵浦光為TM模,第一偏振控制器和第二偏振控制器的輸出各經(jīng)保偏光纖接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置，線偏振光轉(zhuǎn)換裝置把X方向偏振的TM模泵浦光轉(zhuǎn)變?yōu)槠穹较蚺cPPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行、并與垂直方向X軸成角度Θ的線偏振光。轉(zhuǎn)換后的2種波長的線偏振泵浦光經(jīng)第一光耦合器后、和經(jīng)過偏振控制器的任意偏振態(tài)的信號光一起通過第二光稱合器稱合，再經(jīng)過摻鉺光纖放大器放大之后，由光環(huán)行器的第一端口進(jìn)入，從光環(huán)行器的第二端口輸出、第一次同時耦合進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)，在PPLN脊波導(dǎo)中轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光分解為TE模和TM模，TE模和TM模的振幅比等于tg Θ。PPLN脊波導(dǎo)同時傳輸TM模和TE模，此時信號光的TM模和泵浦光的TM模發(fā)生級聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，信號光的TE模在前向傳輸過程中不參與級聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)。PPLN脊波導(dǎo)產(chǎn)生的閑頻光TM模、信號光TE模以及泵浦光TE模繼續(xù)向前傳輸，到達(dá)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡。所述法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡，使信號光，泵浦光和轉(zhuǎn)換閑頻光的偏振態(tài)發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，完成TE和TM兩種模式間的互相轉(zhuǎn)換并使之反射、返回進(jìn)行后向傳輸。經(jīng)法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)反射使前向傳輸時產(chǎn)生的閑頻光TM模轉(zhuǎn)變?yōu)門E模、信號光TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模、線偏振泵浦光的TE模轉(zhuǎn)變?yōu)門M模，并轉(zhuǎn)為后向傳輸進(jìn)入PPLN脊波導(dǎo)，信號光新轉(zhuǎn)變的TM模與泵浦光新轉(zhuǎn)變的TM模發(fā)生級聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)，產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)換閑頻光TM模，閑頻光新轉(zhuǎn)換的TE模不參與級聯(lián)和頻與差頻反應(yīng)、通過PPLN脊波導(dǎo)。轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模、反應(yīng)后剩下的泵浦光繼續(xù)反向傳輸進(jìn)入光環(huán)行器的第二端口，轉(zhuǎn)換閑頻光TM和TE模通過光環(huán)行器第三端口輸出。反應(yīng)后剩下的泵浦光經(jīng)光環(huán)行器第一端口繼續(xù)反向傳輸時被光隔離器阻擋、反射，不會返回泵浦光和信號光的輸入端，而是又通過光環(huán)行器第二端口再次返回PPLN脊波導(dǎo)。
[0031]當(dāng)和頻與差頻反應(yīng)后剩下的泵浦光隨轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器的第三端口輸出，被第一光纖光柵和第二光纖光柵反射、返回PPLN脊波導(dǎo)再利用。
[0032]法拉第90° C旋轉(zhuǎn)反射鏡的磁光材料可以吸收近似倍頻光的和頻光，起到和頻光波濾波器的作用。前向傳輸時在PPLN脊波導(dǎo)中產(chǎn)生的和頻光若有剩余，對反向傳輸?shù)募壜?lián)反應(yīng)不利。
[0033]在傳輸和反應(yīng)過程中均為理想狀態(tài)，即完全無損耗的情況下，轉(zhuǎn)換后的線偏振光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ =45°，也就是說線偏振的泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)中分解成振幅比例為I比I的的TM模和TE模。但是由于PPLN脊波導(dǎo)的傳輸損耗，耦合損耗等各種損耗的存在，θ將微小地偏離45°。另一方面,TM模在前向傳輸時參與反應(yīng)；而TE模前向傳輸時不參與反應(yīng)，但有一定的傳輸損耗，將使得TE模在后向傳輸時參與反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率降低，導(dǎo)致最終的TE模的轉(zhuǎn)換效率小于TM模的轉(zhuǎn)換效率，故要求注入PPLN光波導(dǎo)時泵浦光的TE模功率要稍大一些，以彌補(bǔ)TE模的傳輸損耗。
[0034]本裝置細(xì)微調(diào)節(jié)線偏振光轉(zhuǎn)換裝置中法拉第盒的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，即細(xì)微調(diào)諧線偏振光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與垂直的X軸所成角度θ，使線偏振泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)中分解的TM模和TE模振幅比例為I比I。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點在于:
1、PPLN脊波導(dǎo)以及法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡的結(jié)合，很好地解決了轉(zhuǎn)換閑頻光和信號光的偏振相關(guān)問題，信號光偏振方向不影響轉(zhuǎn)換閑頻光的強(qiáng)度；2、通過細(xì)微調(diào)節(jié)線偏振光轉(zhuǎn)換裝置中法拉第盒的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，就可改變泵浦光的偏振方向，在使用不同的PPLN脊波導(dǎo)、有不同的各種損耗系數(shù)時，只要調(diào)節(jié)兩個可調(diào)諧外腔激光器的泵浦光輸出波長，再調(diào)節(jié)法拉第盒的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，細(xì)微調(diào)諧Θ，即可實現(xiàn)與信號光偏振態(tài)無關(guān)的波長轉(zhuǎn)換，在較寬的波長范圍內(nèi)提高波長轉(zhuǎn)換效率，擴(kuò)展性好；3、PPLN脊波導(dǎo)的引入，提高了轉(zhuǎn)換閑頻光的轉(zhuǎn)換效率；反射譜中心波長為兩泵浦光波長的兩個光纖光柵，可反射未參與和頻與差頻反應(yīng)的泵浦光，使之返回PPLN脊波導(dǎo)再利用，提高了泵浦光的利用率，提高了轉(zhuǎn)換效率；4、信號光和轉(zhuǎn)換閑頻光之間偏振帶來的群時延，在傳輸過程中被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡的偏振旋轉(zhuǎn)自動補(bǔ)償了，所以二者之間不存在偏振依賴損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2是圖1中的PPLN脊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是圖1中的線偏振光轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4是本級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器實施例的偏振度與線偏振泵浦光在波導(dǎo)中分解的TE模與TM振幅之比的關(guān)系曲線圖；
[0040]圖5是本級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器實施例的轉(zhuǎn)換效率與信號光波長的關(guān)系曲線圖；
[0041]圖6是本級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器實施例的轉(zhuǎn)換效率與信號光偏振角度的關(guān)系曲線圖；
[0042]圖中標(biāo)號為:
[0043]1、第一激光器,2、第二激光器,3、第一偏振控制器，4、第二偏振控制器,5、偏振控制器，6、線偏振光轉(zhuǎn)換裝置,61、第一法拉第盒,62、第二法拉第盒,7、第一光稱合器,8、第二光稱合器，9、摻鉺光纖放大器,10、光隔離器,11、光環(huán)行器，12、PPLN脊波導(dǎo)，13、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡,14、第一光纖光柵,15、第二光纖光柵。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0045]本級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器實施例如圖1所示，包括第一激光器1、第二激光器2、第一偏振控制器3、第二偏振控制器4、偏振控制器5、線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6、第一光率禹合器7、第二光稱合器8、摻鉺光纖放大器9、光隔離器10、光環(huán)行器11、PPLN脊波導(dǎo)12、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡13,第一光纖光柵14和第二光纖光柵15。
[0046]第一激光器I和第二激光器2均為可調(diào)諧外腔激光器，發(fā)出的第一泵浦光波長為1530nm、第二泵浦光波長為1570nm,分別接入第一偏振控制器3和第二偏振控制器4，第一偏振控制器3和第二偏振控制器4的輸出各經(jīng)保偏光纖接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6，線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6改變X方向偏振的泵浦光TM模的偏振方向,轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行，并與垂直的X軸成角度Θ。轉(zhuǎn)換后的兩束線偏振泵浦光接入第一光稱合器7稱合，再與經(jīng)過偏振控制器5的任意偏振態(tài)的信號光一起接入第二光率禹合器8,第二光f禹合器8的輸出接入摻鉺光纖放大器9,摻鉺光纖放大器9的輸出經(jīng)光隔離器10接入光環(huán)行器11的第一端口，光環(huán)行器11第二端口輸出的前向傳輸?shù)墓馐?jīng)過PPLN脊波導(dǎo)12后,光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡13反射,后向傳輸?shù)墓馐诌M(jìn)入PPLN光波導(dǎo)12，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換閑頻光經(jīng)過光環(huán)行器11的第三端口輸出為本波長轉(zhuǎn)換器的輸出。
[0047]本例的PPLN脊波導(dǎo)12如圖2所示，此脊波導(dǎo)的襯底為鈮酸鋰晶片，波導(dǎo)層為Z切周期極化的摻鋅鈮酸鋰晶片，襯底和波導(dǎo)層通過直接鍵合，脊波導(dǎo)的橫切面為垂直于Z軸的XOY平面，稱為Z切面。PPLN脊波導(dǎo)既可傳輸TM模，又可傳輸TE模。本例PPLN脊波導(dǎo)12的波導(dǎo)長度為5cm。本例線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向如圖2雙箭頭線段所示，與XOY平面平行、并與垂直方向X軸成角度Θ。
[0048]本例的線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6如圖3所示，包括第一法拉第盒61和第二法拉第盒62，通過法拉第盒的線偏振光振動面轉(zhuǎn)過的角度Θ與法拉第盒的磁場的關(guān)系式為:
[0049]Θ =VBL
[0050]式中B為法拉第盒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為磁致旋光物質(zhì)的長度，V為比例系數(shù)、維爾
德常量。
[0051]轉(zhuǎn)換后的第一、第二線偏振泵浦光分別接入第一法拉第盒61和第二法拉第盒62。
[0052]細(xì)微調(diào)節(jié)線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6中第一、第二法拉第盒61、62的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，即可細(xì)微調(diào)諧線偏振光轉(zhuǎn)換裝置6轉(zhuǎn)換后的線偏振泵浦光的偏振方向與垂直的X軸所成角度Θ，使線偏振泵浦光在PPLN脊波導(dǎo)12中分解的TM模和TE模振幅比例為I比I。
[0053]圖4所示為本實施例中偏振度與線偏振泵浦光在波導(dǎo)中分解的TE模振幅Ap (TE)與TM模振幅Ap(TM)之比的關(guān)系曲線，由圖中曲線可知，偏振度為OdB時，TE模與TM的振幅比Ap (TE)/Ap (TM)為1.096，即tg θ=1.096，由三角函數(shù)得本例的Θ值。
[0054]本實施例各模擬參數(shù)為:第一、第二泵浦光波長分別為1530nm和1570nm，和頻光波長為774.871nm，信號光中心波長1545nm，轉(zhuǎn)換閑頻光波長1554.5nm。極化周期為16.754um, 1550nm波長的波導(dǎo)損耗為0.2dB/cm, 775nm的波導(dǎo)損耗為0.4dB/cm, PPLN脊波導(dǎo)的波導(dǎo)長度為5cm。
[0055]圖5所示是本波長轉(zhuǎn)換器實施例的轉(zhuǎn)換效率與信號光波長的關(guān)系曲線圖；圖中實線曲線為TE模信號光的轉(zhuǎn)換效率，虛線曲線為TM模信號光的轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)?shù)谝?、第二泵浦光的偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)12的橫截面平行、并與垂直方向X軸成上述角度Θ(tg Θ =1.096)時，信號光波長在1520nm至1580nm范圍內(nèi)，本例TE模和TM模的信號光調(diào)諧曲線幾乎重合，偏振相關(guān)性非常小。
[0056]圖6所示是本波長轉(zhuǎn)換器實施例的轉(zhuǎn)換效率與信號光偏振角度的關(guān)系曲線圖，圖中實線曲線為TE模信號光的轉(zhuǎn)換效率，虛線曲線為TM模信號光的轉(zhuǎn)換效率，兩條曲線都基本為水平線，可見本例TE模和TM模的信號光的偏振角度與轉(zhuǎn)換效率無關(guān)。
[0057]上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，包括激光器、偏振控制器、光耦合器、摻鉺光纖放大器、光隔離器、光環(huán)行器、PPLN光波導(dǎo)、法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡,其特征在于: 第一激光器(I)和第二激光器(2)均為可調(diào)諧外腔激光器，發(fā)出的第一泵浦光和第二泵浦光分別接入第一偏振控制器(3 )和第二偏振控制器(4)，第一偏振控制器(3 )和第二偏振控制器(4)的輸出接入第一光稱合器(7)稱合后、與經(jīng)過偏振控制器(5)的任意偏振態(tài)的信號光一起接入第二光稱合器(8),第二光稱合器(8)的輸出接入摻鉺光纖放大器(9),摻鉺光纖放大器(9)的輸出經(jīng)光隔離器(10)接入光環(huán)行器(11)第一端口，光環(huán)行器(11)第二端口輸出的前向傳輸?shù)墓馐?jīng)過PPLN光波導(dǎo)(12)后，光束被法拉第90°旋轉(zhuǎn)反射鏡(13)反射，后向傳輸?shù)墓馐诌M(jìn)入PPLN光波導(dǎo)(12),產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換閑頻光從光環(huán)行器(11)的第三端口輸出為本波長轉(zhuǎn)換器的輸出； 所述第一泵浦光、第二泵浦光以及信號光均為C波段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述PPLN光波導(dǎo)(12)為PPLN脊波導(dǎo)，此PPLN脊波導(dǎo)的襯底為鈮酸鋰晶片，波導(dǎo)層為Z切周期極化的摻鋅鈮酸鋰晶片，襯底和波導(dǎo)層通過直接鍵合，脊波導(dǎo)的橫切面為垂直于Z軸的XOY平面； 分別經(jīng)過第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)的第一、第二泵浦光接入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6),再接入第一光稱合器(7);線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(8)把X方向偏振的TM模式的泵浦光轉(zhuǎn)換為偏振方向與PPLN脊波導(dǎo)的橫截面平行，并與垂直的X軸成角度Θ為的線偏振光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述線偏振光轉(zhuǎn)換裝置(6 )包括第一法拉第盒(61)和第二法拉第盒(62 )，通過法拉第盒的線偏振光振動面轉(zhuǎn)過的角度Θ與法拉第盒的磁場的關(guān)系式為:`
Θ =VBL 式中B為法拉第盒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為磁致旋光物質(zhì)的長度，V為比例系數(shù)維爾德常量， 所述第一、第二泵浦光分別進(jìn)入線偏振光轉(zhuǎn)換裝置的第一法拉第盒(61)和第二法拉第盒(62)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述第一偏振控制器(3)和第二偏振控制器(4)的輸出各經(jīng)保偏光纖接入第一光I禹合器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的級聯(lián)和頻與差頻全光波長轉(zhuǎn)換器，其特征在于: 所述光環(huán)行器(11)第三端口所接的光纖上接有第一光纖光柵(14)和第二光纖光柵(15)，第一光纖光柵(14)和第二光纖光柵(15)的反射譜中心波長分別為第一泵浦光和第二泵浦光的波長。
【文檔編號】G02F1/35GK203673195SQ201420021451
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】黃芳, 張昕, 覃波, 鞠濤, 李沼云, 覃良標(biāo), 付益 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所