專利名稱:基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非線性光學(xué)混頻技術(shù)領(lǐng)域：
和全光信號處理技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，該裝置基于周期極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)或者周期域反轉(zhuǎn)鋁鎵砷(AlGaAs)無源光波導(dǎo)二階以及級聯(lián)二階非線性效應(yīng)，采用光纖環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)非歸零碼到歸零碼可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
未來的全光網(wǎng)絡(luò)將會結(jié)合波分復(fù)用(WDM)和光時分復(fù)用(OTDM)兩項關(guān)鍵技術(shù)，低速的波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)偏向于使用非歸零碼(NRZ)，高速的光時分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)則更適合于使用歸零碼(RZ)。因而在兩者的接口處，非歸零碼與歸零碼之間的全光碼型轉(zhuǎn)換就顯得格外重要，近年來正在受到各國研究學(xué)者的重視。
目前國內(nèi)外在非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換方面已經(jīng)開展了許多非常有意義的工作，已經(jīng)報道的方案主要是利用非線性光學(xué)環(huán)形鏡，走離平衡非線性光纖環(huán)形鏡，垂直腔表面發(fā)射激光器，行波半導(dǎo)體激光放大器，半導(dǎo)體光放大器，馬赫-曾德爾干涉儀等等。例如1995年L.Noel等人在文章“Four WDM channel NRZ to RZ format conversion using a singlesemiconductor laser amplifier，”in Electron.Lett.，vol.31，no.4，1995，pp.277-272中，利用行波半導(dǎo)體激光放大器的交叉相位調(diào)制效應(yīng)實驗報道了10Gbit/s速率下4信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換；2003年L.Xu等人在文章“All-optical data format conversion between RZ and NRZ based on aMach-Zehnder interferometric wavelength converter”，in IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.15，no.2，2003，pp.308-310中，利用基于半導(dǎo)體光放大器交叉相位調(diào)制的馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，實驗報道了2.5Gbit/s非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。這些方案技術(shù)上比較成熟，也顯示了較好的轉(zhuǎn)換效果。不過仍然存在一些不足，比如響應(yīng)速度不夠快以至于難以工作在40Gbit/s的高速情況下，另外有源介質(zhì)中不可避免的自發(fā)輻射噪聲對于高速全光碼型轉(zhuǎn)換也會產(chǎn)生不利的影響，等等這些無法適應(yīng)未來高速光通信網(wǎng)絡(luò)的要求?？梢?，尋找和探索新的全光碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)并設(shè)計相應(yīng)的轉(zhuǎn)換裝置將具有重要的研究應(yīng)用價值。近年來，周期極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)和周期域反轉(zhuǎn)鋁鎵砷(AlGaAs)等非線性無源光波導(dǎo)在全光波長轉(zhuǎn)換方面有著廣泛的應(yīng)用，其具有超快的響應(yīng)速度，而且不受自發(fā)輻射噪聲的影響，因此在高速全光碼型轉(zhuǎn)換方面也具有潛在的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，運行可靠以及可擴展性好的特點，并且實現(xiàn)的全光碼型轉(zhuǎn)換靈活性好，響應(yīng)速度快。
本發(fā)明提供的一種基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置包括非線性光波導(dǎo)、第一光耦合器、第二光耦合器、可調(diào)諧延時線和第一可調(diào)諧濾波器；非線性光波導(dǎo)為PPLN光波導(dǎo)或AlGaAs光波導(dǎo)，非線性光波導(dǎo)、第一光耦合器和第二光耦合器構(gòu)成內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡；非線性光波導(dǎo)的一端與第二光耦合器的第一端口相連，其另一端與第一光耦合器的第一端口相連；第二光耦合器中與其第一端口相對的一側(cè)設(shè)有第二、第三端口，第二光耦合器的第二端口與可調(diào)諧延時線相連，對外提供泵浦光的輸入端口，第二光耦合器的第三端口與第一光耦合器的第二端口相連，第一光耦合器的第一、第二端口位于同一側(cè)，與其相對的一側(cè)還設(shè)有第三、第四端口，第一光耦合器的第三端口作為輸入非歸零碼信號光的注入端口，第四端口與第一可調(diào)諧濾波器相連后對外提供輸出端口。
本發(fā)明裝置利用PPLN或者AlGaAs非線性光波導(dǎo)中和頻(SFG)二階非線性效應(yīng)、級聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)二階非線性效應(yīng)以及干涉原理實現(xiàn)非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。本發(fā)明與現(xiàn)有非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)和裝置相比具有以下一些優(yōu)點其一、PPLN和AlGaAs光波導(dǎo)響應(yīng)速度快，對信號的比特率透明，因此可以實現(xiàn)傳統(tǒng)碼型轉(zhuǎn)換方案難以實現(xiàn)的40Gbit/s及以上速率的高速全光碼型轉(zhuǎn)換；其二、PPLN和AlGaAs光波導(dǎo)是無源光波導(dǎo)，因此碼型轉(zhuǎn)換過程不受自發(fā)輻射噪聲的影響；其三、基于PPLN和AlGaAs光波導(dǎo)的碼型轉(zhuǎn)換過程不會產(chǎn)生內(nèi)部的頻率啁啾；其四、PPLN和AlGaAs光波導(dǎo)中豐富的二階非線性效應(yīng)以及級聯(lián)二階非線性效應(yīng)可以實現(xiàn)多種全光碼型轉(zhuǎn)換功能，如單信道-單信道、單信道-三信道以及單信道-多信道的全光碼型轉(zhuǎn)換；其五、基于PPLN或者AlGaAs光波導(dǎo)二階以及級聯(lián)二階非線性效應(yīng)的全光碼型轉(zhuǎn)換具有良好的可調(diào)諧性能；其六、本發(fā)明裝置采用基于PPLN或者AlGaAs光波導(dǎo)的環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)，裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，而且在環(huán)形鏡中沿順時針和逆時針方向傳輸?shù)膬陕饭獠ń?jīng)過相同的路徑，因此裝置的穩(wěn)定性可靠；其七、本發(fā)明裝置具有良好的可擴充性。通過改變輸入連續(xù)控制光的數(shù)目，還可以方便地實現(xiàn)單信道-五信道，單信道-七信道……等形式多樣的全光碼型轉(zhuǎn)換功能。
圖1是本發(fā)明基于和頻二階非線性效應(yīng)全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的原理示意圖；圖2是本發(fā)明全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明基于和頻二級非線性效應(yīng)可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖；圖4是本發(fā)明基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)單信道-三信道全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的原理示意圖；圖5是本發(fā)明全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)單信道-三信道可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖；圖7是本發(fā)明基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)單信道-多信道全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的原理示意圖；圖8是本發(fā)明全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)單信道-多信道可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖。
具體實施方式本發(fā)明裝置基于和頻二階非線性效應(yīng)和干涉原理，如圖1所示，本發(fā)明裝置的工作原理是(1)輸入非歸零碼信號光等功率分為兩路。
(2)輸入與非歸零碼信號光時鐘同步的泵浦光，泵浦光為周期脈沖序列，脈寬小于比特周期。
(3)第一路信號光與泵浦光比特對齊后同方向注入PPLN或AlGaAs非線性光波導(dǎo)，并在其中發(fā)生和頻二階非線性效應(yīng)一個信號光光子和一個泵浦光光子湮滅以產(chǎn)生一個和頻光光子。因此，信號光在時域上與泵浦光重疊的部分在和頻過程中將會受到衰減并引入非線性相移。也就是說，在非線性光波導(dǎo)輸出端，信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被消耗會形成“凹坑”并引入非線性相移，“凹坑”的形狀與泵浦光脈沖形狀相類似，如圖1虛線框A所示。
(4)第二路信號光不經(jīng)歷和頻相互作用，因此不會出現(xiàn)第一路信號光比特“1”中間部分形成“凹坑”和引入非線性相移的現(xiàn)象，第二路信號光的時域波形與輸入非歸零碼信號光的時域波形類似，如圖1虛線框B所示。不過第二路信號光相對于第一路信號光引入π相移。
(5)第一路信號光(比特“1”中間部分形成“凹坑”并引入非線性相移)與第二路信號光(相對于第一路信號光引入π相移)重新匯合并發(fā)生干涉，干涉的結(jié)果是得到歸零碼的信號光輸出，這樣就實現(xiàn)了非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換，而且碼型轉(zhuǎn)換前后波長保持不變。
如圖2所示，本發(fā)明裝置包括非線性光波導(dǎo)1、第一光耦合器2、第二光耦合器3、可調(diào)諧延時線4和第一可調(diào)諧濾波器5。非線性光波導(dǎo)1為PPLN光波導(dǎo)或AlGaAs光波導(dǎo)。非線性光波導(dǎo)1的一端與第二光耦合器3的第一端口G相連，其另一端與第一光耦合器2的第一端口F相連。第二光耦合器3中與第一端口相對的一側(cè)設(shè)有第二、第三端口H、K，其中，第二端口H與可調(diào)諧延時線4相連，對外提供泵浦光的輸入端口，第三端口K與第一光耦合器2的第二端口E相連。第一光耦合器2的第一、第二端口F、E位于同一側(cè)，與其相對的一側(cè)還設(shè)有第三、第四端口C、D。第一光耦合器2的第三端口C作為輸入非歸零碼信號光的注入端口，第四端口D與第一可調(diào)諧濾波器5相連后對外提供輸出端口。非線性光波導(dǎo)1、第一光耦合器2和第二光耦合器3構(gòu)成內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡。
輸入非歸零碼信號光經(jīng)第一光耦合器2的第三端口C注入該裝置內(nèi)，并在第一光耦合器2的第二、第一端口E和F處分為等功率的兩路信號光分別沿順時針方向和逆時針方向在環(huán)形鏡中傳輸。輸入泵浦光與非歸零碼信號光時鐘同步，泵浦光為周期脈沖序列，脈寬小于比特周期。泵浦光經(jīng)可調(diào)諧延時線4后經(jīng)第二光耦合器3進入該裝置內(nèi)，并在其中沿順時針方向傳輸?？烧{(diào)諧延時線4用于調(diào)節(jié)泵浦光和順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟庵g的相對延時，從而保證兩者比特對齊。第一光耦合器2第二端口E處的第一路信號光在環(huán)形鏡中沿順時針方向傳輸，依次經(jīng)過第二光耦合器3、非線性光波導(dǎo)1后到達第一光耦合器2的第一端口F；第一光耦合器2第一端口F處的第二路信號光在環(huán)形鏡中沿逆時針方向傳輸，依次經(jīng)過非線性光波導(dǎo)1、第二光耦合器3后到達第一光耦合器2的第二端口E；然后兩路信號光經(jīng)第一光耦合器2重新匯合后在第四端口D干涉輸出。因此，順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟庖来谓?jīng)過“第一光耦合器2第三端口C-第一光耦合器2第二端口E-第二光耦合器3-非線性光波導(dǎo)1-第一光耦合器2第一端口F-第一光耦合器2第四端口D”，逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟庖来谓?jīng)過“第一光耦合器2第三端口C-第一光耦合器2第一端口F-非線性光波導(dǎo)1-第二光耦合器3-第一光耦合器2第二端口E-第一光耦合器2第四端口D”。值得注意的是，在第一次經(jīng)過第一光耦合器2時，第二路信號光由第三端口C到第一端口F相對于第一路信號光由第三端口C到第二端口E會引入π/2相移，在第二次經(jīng)過第一光耦合器2時，第二路信號光由第二端口E到第四端口D相對于第一路信號光由第一端口F到第四端口D又會引入π/2相移。因此，兩路信號光在第一光耦合器2第四端口D干涉輸出時，逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟庀鄬τ陧槙r針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟饪偣惨肓甩邢嘁?。順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟馀c泵浦光同方向注入非線性光波導(dǎo)1，并在滿足和頻過程準(zhǔn)相位匹配(QPM)條件下發(fā)生和頻二階非線性效應(yīng)，信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被消耗會形成“凹坑”并引入非線性相移，“凹坑”的形狀與泵浦光脈沖形狀相類似。因此，順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟庠诘竭_第一光耦合器2第四端口D處時的時域波形如圖1中虛線框A所示。逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟馀c泵浦光反向，當(dāng)順時針方向第一路信號光與泵浦光滿足和頻準(zhǔn)相位匹配條件時，逆時針方向第二路信號光與泵浦光和頻相位失配嚴(yán)重，而且反向傳輸?shù)男盘柟馀c泵浦光不能夠有效的相互接觸，因此逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟夂捅闷止庠诜蔷€性光波導(dǎo)1中發(fā)生的和頻效應(yīng)可以忽略。逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟庠诘竭_第一光耦合器2第四端口D處時，比特“1”中間部分沒有出現(xiàn)“凹坑”現(xiàn)象和引入非線性相移，如圖1中虛線框B所示。順時針和逆時針方向傳輸?shù)膬陕沸盘柟庠诘谝还怦詈掀?第四端口D干涉輸出可以得到歸零碼的信號光，然后經(jīng)過第一可調(diào)諧濾波器5濾波輸出歸零碼信號光。
基于圖2所示發(fā)明裝置，通過適當(dāng)改變信號光和泵浦光波長，可以方便地實現(xiàn)可調(diào)諧非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。可調(diào)諧原理如圖3所示，信號光6和泵浦光7經(jīng)過和頻相互作用生成和頻光8。對于可變輸入的信號光6，只要通過適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光7的波長以保持和頻光8的波長不變，從而滿足或近似滿足和頻過程準(zhǔn)相位匹配條件，信號光6可以在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)諧。根據(jù)能量守恒定理，信號光6、泵浦光7以及和頻光8的波長滿足如下關(guān)系式
SFG1/λSF＝1/λS+1/λP(1)根據(jù)式(1)，當(dāng)保持和頻光8波長不變時，信號光6和泵浦光7的波長近似關(guān)于非線性光波導(dǎo)倍頻過程準(zhǔn)相位匹配波長呈對稱分布，泵浦光7的波長由信號光6的波長決定。基于和頻效應(yīng)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光7的波長可以實現(xiàn)可變輸入非歸零碼信號光到歸零碼信號光的碼型轉(zhuǎn)換。
當(dāng)要實現(xiàn)單信道-三信道非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換時，本發(fā)明裝置基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)和干涉原理。如圖4所示，在圖1基礎(chǔ)上增加一個連續(xù)控制光，輸入非歸零碼信號光和連續(xù)控制光均等功率分為兩路。第一路信號光、第一路控制光以及泵浦光一起同方向注入PPLN或AlGaAs非線性光波導(dǎo)，并在其中發(fā)生級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)在和頻過程中，一個信號光光子和一個泵浦光光子湮滅以產(chǎn)生一個和頻光光子；與此同時，在差頻過程中，一個和頻光光子湮滅以產(chǎn)生一個控制光光子和一個轉(zhuǎn)換空閑光光子。因此，在生成和頻光和轉(zhuǎn)換空閑光的同時，信號光在時域上與泵浦光重疊的部分在和頻過程中將會受到衰減并引入非線性相移，而控制光在這些位置處將會受到放大并引入非線性相移。也就是說，如圖4虛線框A所示，在非線性光波導(dǎo)輸出端，除了信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被消耗會形成“凹坑”并引入非線性相移外，控制光在這些位置處相應(yīng)的由于被放大會形成“突起”并引入非線性相移，“凹坑”和“突起”的形狀與泵浦光脈沖形狀相類似。另外，值得注意的是級聯(lián)和頻與差頻過程中生成的轉(zhuǎn)換空閑光是歸零碼。第二路信號光和第二路控制光不經(jīng)歷級聯(lián)和頻與差頻相互作用，不會出現(xiàn)第一路信號光比特“1”中間部分形成“凹坑”和第一路控制光形成“突起”并引入非線性相移的現(xiàn)象，如圖4虛線框B所示。不過第二路信號光相對于第一路信號光引入π相移，而第二路控制光相對于第一路控制光也引入π相移。兩路信號光重新匯合后干涉的結(jié)果是得到歸零碼的信號光輸出，兩路控制光重新匯合后干涉的結(jié)果是得到歸零碼的控制光輸出，再加上歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光，這樣就實現(xiàn)了單信道-三信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換，其中一個信道碼型轉(zhuǎn)換前后波長保持不變，而兩外兩個信道碼型轉(zhuǎn)換前后波長發(fā)生改變，即同時實現(xiàn)了碼型轉(zhuǎn)換和波長轉(zhuǎn)換。
如圖5所示，本發(fā)明裝置在圖2基礎(chǔ)上增加第三光耦合器9、第四光耦合器10、第二可調(diào)諧濾波器11以及第三可調(diào)諧濾波器12。其中，第三光耦合器9的一端與第一光耦合器第三端口C相連，另一側(cè)的兩個端口分別對外提供非歸零碼信號光和連續(xù)控制光的輸入端口；第四光耦合器10的一端與第一光耦合器第四端口D相連，另一側(cè)的三個端口分別與第一可調(diào)諧濾波器5、第二可調(diào)諧濾波器11、第三可調(diào)諧濾波器12相連后對外提供三個輸出端口，分別輸出歸零碼信號光、歸零碼空閑光和歸零碼控制光。
輸入非歸零碼信號光和連續(xù)控制光通過第三光耦合器9耦合后經(jīng)第一光耦合器2的第三端口C注入內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡中，并在第一光耦合器2的第二、第一端口E和F處分為等功率兩路信號光和兩路控制光，分別沿順時針方向和逆時針方向在環(huán)形鏡中傳輸。輸入泵浦光經(jīng)可調(diào)諧延時線4后經(jīng)第二光耦合器3進入內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡中，并在其中沿順時針方向傳輸。順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟夂偷谝宦房刂乒馀c泵浦光同方向進入非線性光波導(dǎo)1，并在其中發(fā)生級聯(lián)和頻與差頻相互作用，在生成順時針方向傳輸?shù)臍w零碼空閑光的同時，第一路信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置被消耗會形成“凹坑”并引入非線性相移，第一路控制光在這些位置處相應(yīng)的被放大會形成“突起”并引入非線性相移，順時針方向傳輸?shù)臍w零碼空閑光、第一路信號光和第一路控制光在到達第一光耦合器2第四端口D處時的時域波形如圖4中虛線框A所示；逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟夂偷诙房刂乒馀c泵浦光反向，由于相位失配嚴(yán)重，而且與泵浦光反相傳輸時不能有效相互接觸，因此在非線性光波導(dǎo)1中發(fā)生的非線性效應(yīng)可以忽略，沒有逆時針方向的空閑光產(chǎn)生。在到達第一光耦合器2第四端口D處時，第二路信號光的時域波形類似于輸入信號光的時域波形，沒有出現(xiàn)“凹坑”現(xiàn)象和引入非線性相移，第二路控制光的時域波形類似于輸入控制光的時域波形，沒有出現(xiàn)“突起”現(xiàn)象和引入非線性相移，如圖4中虛線框B所示。在第一光耦合器2的第四端口D處，逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟庀鄬τ陧槙r針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟庖肓甩邢嘁疲鏁r針方向傳輸?shù)牡诙房刂乒庀鄬τ陧槙r針方向傳輸?shù)牡谝宦房刂乒庖惨肓甩邢嘁?。兩路信號光在第一光耦合?第四端口D處干涉后得到歸零碼信號光，經(jīng)過第一可調(diào)諧濾波器5濾波后輸出；兩路控制光在第一光耦合器2第四端口D處干涉后得到歸零碼控制光，經(jīng)過第三可調(diào)諧濾波器12濾波后輸出；另外，歸零碼空閑光經(jīng)過第二可調(diào)諧濾波器11濾波后輸出。
基于圖5所示發(fā)明裝置，通過適當(dāng)改變信號光、泵浦光和連續(xù)控制光的波長，可以方便地實現(xiàn)輸入和輸出均可調(diào)諧的單信道-三信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換?？烧{(diào)諧原理如圖6所示，信號光6、泵浦光7和控制光13參與級聯(lián)和頻與差頻相互作用信號光6和泵浦光7通過和頻過程生成和頻光8，與此同時，控制光13與和頻光8發(fā)生差頻相互作用得到轉(zhuǎn)換空閑光14。根據(jù)能量守恒定理，信號光6、泵浦光7、和頻光8、控制光13以及空閑光14的波長滿足如下關(guān)系式SFG1/λSF＝1/λS+1/λPDFG1/λi＝1/λSF-1/λC(2)SFG+DFG1/λi＝1/λS+1/λP-1/λC對于可變輸入的信號光6，只要通過適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光7的波長以保持和頻光8的波長不變，從而滿足或近似滿足和頻過程準(zhǔn)相位匹配條件，信號光6、泵浦光7、控制光13以及空閑光14均可以在較寬的波長范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)諧。信號光6和泵浦光7的波長以及控制光13和空閑光14的波長分別近似關(guān)于非線性光波導(dǎo)倍頻過程準(zhǔn)相位匹配波長呈對稱分布。根據(jù)式(2)，當(dāng)保持和頻光8波長不變時，泵浦光7的波長由輸入信號光6波長決定，轉(zhuǎn)換空閑光14波長則由控制光13波長決定?；诩壜?lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光7和控制光13的波長，可以非常方便地實現(xiàn)單信道-三信道輸入和輸出均可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換，即可變輸入非歸零碼信號光到歸零碼信號光、可變輸入非歸零碼信號光到可變輸出歸零碼控制光以及可變輸入非歸零碼信號光到可變輸出歸零碼空閑光。
當(dāng)要實現(xiàn)單信道-多信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換時，需要輸入多個連續(xù)控制光，仍然基于級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)和干涉原理。如圖7所示，本發(fā)明裝置的工作原理是在圖4基礎(chǔ)上進一步增加連續(xù)控制光的數(shù)目，即輸入多個連續(xù)控制光。類似于輸入單個連續(xù)控制光的情況，每輸入一個連續(xù)控制光將會對應(yīng)產(chǎn)生一個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光和一個歸零碼控制光。因此，當(dāng)輸入n個連續(xù)控制光時，經(jīng)過級聯(lián)和頻與差頻相互作用將會得到n個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光和n個歸零碼控制光，再加上一個歸零碼信號光，這樣就實現(xiàn)了單信道-(2n+1)信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換，其中一個信道碼型轉(zhuǎn)換前后波長保持不變，而另外2n個信道碼型轉(zhuǎn)換前后波長發(fā)生改變，即同時實現(xiàn)了碼型轉(zhuǎn)換和波長轉(zhuǎn)換。
如圖8所示，本發(fā)明裝置在圖6基礎(chǔ)上增加一個波分復(fù)用器15和第一、第二波分解復(fù)用器16，17。其中，波分復(fù)用器15的輸出端與第三光耦合器9的其中一個端口相連，第三光耦合器9同側(cè)的另一端口對外提供非歸零碼信號光的輸入端口，波分復(fù)用器15的輸入端對外提供多個連續(xù)控制光的輸入端口。波分解復(fù)用器16的輸入端與第二可調(diào)諧濾波器11相連，其輸出端對外提供多個歸零碼空閑光的輸出端口。波分解復(fù)用器17的輸入端與第三可調(diào)諧濾波器12相連，其輸出端對外提供多個歸零碼控制光的輸出端口。在到達第一光耦合器2第四端口D處時，沿順時針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟獗忍亍?”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被消耗會形成“凹坑”并引入非線性相移，而沿順時針方向傳輸?shù)牡谝宦范鄠€連續(xù)控制光在這些位置處對應(yīng)的由于被放大會形成“突起”并引入非線性相移，“凹坑”和“突起”的形狀與泵浦光脈沖形狀相類似，另外級聯(lián)和頻與差頻過程還會生成多個歸零碼空閑光，如圖7中虛線框A所示。沿逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟獗忍亍?”中間部分沒有出現(xiàn)“凹坑”現(xiàn)象和引入非線性相移，而逆時針方向傳輸?shù)牡诙范鄠€控制光也沒有出現(xiàn)“突起”現(xiàn)象和引入非線性相移，在到達第一光耦合器2第四端口D處時的時域波形如圖7中虛線框B所示。當(dāng)順時針和逆時針方向傳輸?shù)膬陕沸盘柟夂蛢陕范鄠€控制光在第一光耦合器2的第四端口D干涉輸出時，逆時針方向傳輸?shù)牡诙沸盘柟庀鄬τ陧槙r針方向傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟饪偣惨肓甩邢嘁?，而對于多個控制光中的任何一個，逆時針方向傳輸?shù)牡诙房刂乒庀鄬τ陧槙r針方向傳輸?shù)牡谝宦房刂乒饪偣惨惨肓甩邢嘁啤陕沸盘柟飧缮娴慕Y(jié)果是得到歸零碼的信號光輸出，兩路多個控制光干涉的結(jié)果是得到多個歸零碼的控制光輸出。每一個連續(xù)控制光對應(yīng)會產(chǎn)生一個歸零碼空閑光和一個歸零碼控制光。當(dāng)輸入n個連續(xù)控制光時，可以得到n個歸零碼空閑光和n個歸零碼控制光，另外還有1個歸零碼信號光，這樣即可以實現(xiàn)單信道-(2n+1)信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。
基于圖8所示發(fā)明裝置，通過適當(dāng)改變信號光、泵浦光和多個連續(xù)控制光的波長可以方便地實現(xiàn)輸入和輸出均可調(diào)諧的單信道-多信道非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。可調(diào)諧原理如圖9所示，信號光6、泵浦光7和多個控制光18參與級聯(lián)和頻與差頻相互作用信號光6和泵浦光7通過和頻過程生成和頻光8，與此同時，多個控制光18與和頻光8發(fā)生差頻相互作用得到多個轉(zhuǎn)換空閑光19。根據(jù)能量守恒定理，信號光6、泵浦光7、和頻光8、多個控制光18以及多個轉(zhuǎn)換空閑光19的波長滿足如下關(guān)系式SFG1/λSF＝1/λS+1/λPDFG1/λi1＝1/λSF-1/λC1SFG+DFG1/λi1＝1/λS+1/λP-1/λC1…… (3)…………DFG1/λm＝1/λSF-1/λCnSFG+DFG1/λm＝1/λS+1/λP-1/λCn根據(jù)式(3)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光7和多個連續(xù)控制光18的波長可以非常方便地實現(xiàn)單信道-多信道輸入和輸出均可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換。如果輸入n個連續(xù)控制光，則可以實現(xiàn)單信道可變輸入非歸零碼信號光到單信道歸零碼信號光、n信道可變輸出歸零碼控制光以及n信道可變輸出歸零碼空閑光的可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置包括非線性光波導(dǎo)(1)、第一光耦合器(2)、第二光耦合器(3)、可調(diào)諧延時線(4)和第一可調(diào)諧濾波器(5)；非線性光波導(dǎo)(1)為PPLN光波導(dǎo)或AlGaAs光波導(dǎo)，非線性光波導(dǎo)(1)、第一光耦合器(2)和第二光耦合器(3)構(gòu)成內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡；非線性光波導(dǎo)(1)的一端與第二光耦合器(3)的第一端口(G)相連，其另一端與第一光耦合器(2)的第一端口(F)相連；第二光耦合器(3)中與其第一端口(G)相對的一側(cè)設(shè)有第二、第三端口(H、K)，第二光耦合器(3)的第二端口(H)與可調(diào)諧延時線(4)相連，對外提供泵浦光的輸入端口，第二光耦合器(3)的第三端口(K)與第一光耦合器(2)的第二端口(E)相連，第一光耦合器(2)的第一、第二端口(F、E)位于同一側(cè)，與其相對的一側(cè)還設(shè)有第三、第四端口(C、D)；第一光耦合器(2)的第三端口(C)作為輸入非歸零碼信號光的注入端口，第四端口(D)與第一可調(diào)諧濾波器(5)相連后對外提供輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于該裝置還包括第三光耦合器(9)、第四光耦合器(10)、第二可調(diào)諧濾波器(11)以及第三可調(diào)諧濾波器(12)；其中，第三光耦合器(9)的一端與第一光耦合器(2)的第三端口(C)相連，另一側(cè)的兩個端口分別對外提供非歸零碼信號光和連續(xù)控制光的輸入端口；第四光耦合器(10)的一端與第一光耦合器(2)的第四端口(D)相連，另一側(cè)的三個端口分別與第一可調(diào)諧濾波器(5)、第二可調(diào)諧濾波器(11)、第三可調(diào)諧濾波器(12)相連后對外提供三個輸出端口，分別輸出歸零碼信號光、歸零碼空閑光和歸零碼控制光。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的裝置，其特征在于該裝置還包括波分復(fù)用器(15)和第一、第二波分解復(fù)用器(16，17)；其中，波分復(fù)用器(15)的輸出端與第三光耦合器(9)的一個端口相連，波分復(fù)用器(15)的輸入端對外提供多個連續(xù)控制光的輸入端口，波分解復(fù)用器(16)的輸入端與第二可調(diào)諧濾波器(11)相連，其輸出端對外提供多個歸零碼空閑光的輸出端口，波分解復(fù)用器(17)的輸入端第三可調(diào)諧濾波器(12)相連，其輸出端對外提供多個歸零碼控制光的輸出端口。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種基于非線性光波導(dǎo)環(huán)形鏡的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置。該裝置包括非線性光波導(dǎo)、可調(diào)諧延時線、可調(diào)諧濾波器和二個光耦合器；非線性光波導(dǎo)為PPLN或AlGaAs光波導(dǎo)，非線性光波導(dǎo)與二個光耦合器相連構(gòu)成內(nèi)置非線性光波導(dǎo)的環(huán)形鏡；第二光耦合器一個端口與可調(diào)諧延時線相連后對外提供泵浦光輸入端口，第一光耦合器一個端口作為輸入非歸零碼信號光注入端口，位于同側(cè)的另一個端口與可調(diào)諧濾波器相連后對外提供輸出端口。本發(fā)明裝置利用非線性光波導(dǎo)和頻二階非線性效應(yīng)、級聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)以及干涉原理實現(xiàn)非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，運行可靠，可擴展性好，碼型轉(zhuǎn)換過程響應(yīng)速度快，不受自發(fā)輻射噪聲影響。
文檔編號G02F1/35GK1996136SQ200610166523
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月28日
發(fā)明者孫軍強, 王健 申請人:華中科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan