專利名稱：密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光通信用的發(fā)射光源，特別是一種基于光纖中超連續(xù)光產(chǎn)生的多波長密集波分復(fù)用光通信光源。屬于光通訊領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前密集波分復(fù)用系統(tǒng)使用最多的光源仍是不同波長分離的分布反饋式半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器數(shù)量隨信道數(shù)同步增加，更高的單路速率是用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)，它與DWDM結(jié)合能使系統(tǒng)的傳輸容量突破太比特。密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長光源應(yīng)具備光譜范圍寬，信道線寬窄以及信道波長高度穩(wěn)定等特點(diǎn)。多波長超連續(xù)光源因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信道成本低、穩(wěn)定性好等的優(yōu)點(diǎn)，是下一代超大容量的光通信系統(tǒng)最有希望的光發(fā)射裝置。超連續(xù)光源確切地說是限幅光譜超連續(xù)光源，當(dāng)具有高峰值功率的短脈沖注入光纖時(shí)，由于非線性傳播會(huì)在光纖中產(chǎn)生超連續(xù)寬光譜，它能限幅成為許多波長，并適合于用作大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)的光源。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，T.Morioka等人所發(fā)表的論文“1Tbit/s (100Gbit/s×10channel) OTDM/WDM transmission using a single supercontinuum WDMsource.”(使用超連續(xù)波分復(fù)用光源的1Tbit/s(100Gbit/s×10信道)OTDM/WDM傳輸)Electron.Lett.，Vol.32，p906，1996.(1996年發(fā)表于《電子快報(bào)》)，該文報(bào)道了1Tbit/s大容量OTDM/WDM傳輸系統(tǒng)使用了多波長超連續(xù)波分復(fù)用光源。其產(chǎn)生超連續(xù)光源的方法是以主動(dòng)鎖模脈沖激光器與外部射頻合成器激勵(lì)作為主時(shí)鐘的同步而得到高速脈沖序列，再經(jīng)光脈沖功率放大后在色散位移光纖(DSF)中，由綜合非線性效應(yīng)產(chǎn)生超連續(xù)光譜，最后經(jīng)窄帶濾波器或解復(fù)用器輸出DWDM系統(tǒng)用的多波長光源。這樣最后得到的多波長光源只適用于歸零碼系統(tǒng)，不能用于廣大的非歸零碼系統(tǒng)，而且在光纖中需注入大的光功率，一般在瓦級(jí)以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，使其更為穩(wěn)定的低噪聲多波長光源，具有泵浦光功率低，光譜平坦性好的優(yōu)點(diǎn)，并適用于非歸零碼系統(tǒng)。本發(fā)明最重要的是采用環(huán)形反饋，能不斷地通過調(diào)制產(chǎn)生新的邊帶頻率，產(chǎn)生的各光波長更為穩(wěn)定，且光纖長度可以更短，注入光功率更低。從而使系統(tǒng)成本得到有效降低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括連續(xù)半導(dǎo)體激光器，位相調(diào)制器及射頻微波源，色散光纖，兩個(gè)摻鉺光纖放大器，色散位移光纖，一個(gè)解復(fù)用器，以及50∶50和90∶10的光纖耦合器各一只。其連接方式為半導(dǎo)體激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器連接輸入到位相調(diào)制器，位相調(diào)制器與射頻微波源連接，位相調(diào)制器后連接色散光纖，色散光纖后連接大功率的摻鉺放大器，其后連接色散位移光纖，色散位移光纖后連接90∶10的光纖耦合器，其90％輸出口與光纖耦合器的另一輸入口連接，光纖耦合器的10％端口接連另一個(gè)摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器另一端輸入解復(fù)用器，各部件之間的連接為光纖直接熔接或光纖跳線連接。
連續(xù)半導(dǎo)體激光器為可調(diào)諧或固定波長的連續(xù)半導(dǎo)體激光器。位相調(diào)制器為鈮酸鋰電光位相調(diào)制器，或者位相或強(qiáng)度調(diào)制器。兩個(gè)光纖耦合器的分光比分別是90∶10和50∶50，或者根據(jù)多波長光源的功率輸出選擇分光比。色散光纖、色散位移光纖，根據(jù)多波長光源的輸出選擇長度和光纖類型。解復(fù)用器的類型和輸出波長標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)多波長光源的波長輸出選擇，滿足DWDM系統(tǒng)的需求。
工作時(shí)，半導(dǎo)體激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)50∶50光纖耦合器連接輸入到位相調(diào)制器，經(jīng)過調(diào)制器高頻調(diào)制后產(chǎn)生邊帶頻率，位相調(diào)制器由射頻微波源驅(qū)動(dòng)，其光頻率間隔即為調(diào)制的微波頻率。光纖色散傳輸后轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制并同時(shí)進(jìn)行脈沖壓縮。色散光纖后連接大功率的摻鉺放大器，光功率放大后，再輸入進(jìn)色散位移光纖，在色散位移光纖中由非線性效應(yīng)產(chǎn)生超連續(xù)光譜。色散位移光纖后連接90∶10的光纖耦合器，其90％輸出口與50∶50的光纖耦合器的另一輸入口連接，色散位移光纖輸出的90％的光重新反饋進(jìn)位相調(diào)制器，經(jīng)過位相調(diào)制器調(diào)制并產(chǎn)生更多的邊帶頻率。如此循環(huán)多次，可產(chǎn)生更多的邊帶光頻。90∶10光纖耦合器的10％端口接連另一個(gè)摻鉺光纖放大器，10％端口輸出的多波長光，經(jīng)過摻鉺光纖放大器放大后，輸入進(jìn)密集波分復(fù)用的解復(fù)用器，由解復(fù)用器輸出符合ITU-T要求的各信道波長的光。半導(dǎo)體激光器的輸出波長選擇在色散位移光纖的零色散點(diǎn)附近的負(fù)色散區(qū)域，利用以四波混頻為主的非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光譜展寬。
一般認(rèn)為在色散位移光纖的標(biāo)準(zhǔn)色散區(qū)域主要由自相位調(diào)制產(chǎn)生超連續(xù)展寬，四波混頻效應(yīng)因位相難以匹配，光頻轉(zhuǎn)換效率不高。而光在色散位移光纖的負(fù)色散區(qū)域時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)四波混頻的位相匹配，因此本發(fā)明選擇半導(dǎo)體激光器的波長在色散位移光纖的零色散點(diǎn)附近的負(fù)色散區(qū)域，利用以四波混頻為主的非線性效應(yīng)而產(chǎn)生新的光邊頻達(dá)到光譜展寬，它能比自位相調(diào)制、交叉位相調(diào)制更有效產(chǎn)生新的邊頻而加寬。在本發(fā)明中，因?yàn)槭怯梦幌嗾{(diào)制產(chǎn)生邊帶頻率，各邊頻的位相差是固定的，在光纖中傳輸色散可產(chǎn)生強(qiáng)度調(diào)制的相干脈沖，但其分頻率的光強(qiáng)并不隨時(shí)間變化，因此通過解位相相關(guān)產(chǎn)生連續(xù)的多波長輸出，本發(fā)明同時(shí)適用于非歸零碼系統(tǒng)。
本發(fā)明產(chǎn)生的光頻間隔由四波混頻中運(yùn)抽光的頻率差決定，而這一頻率差(或頻率間隔)由調(diào)制器的調(diào)制頻率決定。如是50GHz的微波頻率進(jìn)行調(diào)制，并由信道間隔50GHz為的DWDM解復(fù)用器，可將其限幅為16、40或更多信道的光源。最后產(chǎn)生的各信道波長以及間隔取決于光源激光器的波長和調(diào)制器的頻率。因此使用一個(gè)精確頻率的微波源和一個(gè)解復(fù)用器，本發(fā)明可以為DWDM系統(tǒng)提供多波長光源。如要產(chǎn)生其它波長間隔的多波長光源，可以選擇相應(yīng)的微波頻率進(jìn)行調(diào)制，如用25GHz、100GHz等微波頻率進(jìn)行調(diào)制，可產(chǎn)生適用于25GHz、100GHz波長間隔的DWDM系統(tǒng)的多波長光源。
本發(fā)明的另一個(gè)顯著進(jìn)步在于使用環(huán)形反饋，由于能不斷地通過調(diào)制產(chǎn)生新的邊帶頻率，產(chǎn)生的各波長頻率更為穩(wěn)定，且使用的光纖長度可更短，注入光功率更低。因四波混頻產(chǎn)生的各波長的線寬不會(huì)產(chǎn)生顯著的展寬，頻率穩(wěn)定性更好。最后各信道的光功率使用波長均衡器進(jìn)行均衡，或由增益平坦功率放大器將其輸出功率放大。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，與傳統(tǒng)的超連續(xù)光源相比，不僅考慮到光的振幅特性，還系統(tǒng)考慮了光傳輸?shù)南喔商匦?、位相匹配特性，使用環(huán)形反饋，能不斷的通過調(diào)制產(chǎn)生新的邊帶頻率，產(chǎn)生的各光波長更為穩(wěn)定，使用光纖長度更短，注入光功率更低。各波長之間的頻率間隔由光脈沖序列的重復(fù)頻率或調(diào)制頻率決定，波長穩(wěn)定性高。此外，如果采用鎖模脈沖代替連續(xù)半導(dǎo)體激光器作為輸入光源，同樣能產(chǎn)生多個(gè)波長的接近變換極限的短脈沖，還適用于OTDM/DWDM系統(tǒng)。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括連續(xù)半導(dǎo)體激光器1，位相調(diào)制器2及射頻微波源8，色散光纖3，摻鉺光纖放大器4，色散位移光纖5，90∶10光纖耦合器6及50∶50的光纖耦合器7，摻鉺光纖放大器9和解復(fù)用器10。其連接方式為半導(dǎo)體激光器1輸出的連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器7連接輸入到位相調(diào)制器2，位相調(diào)制器2與射頻微波源8連接，位相調(diào)制器2后連接色散光纖3，色散光纖3后連接大功率的摻鉺放大器4，其后連接色散位移光纖5，色散位移光纖5后連接90∶10的光纖耦合器6，其90％輸出口與光纖耦合器7的另一輸入口連接，光纖耦合器6和7形成環(huán)型腔，光纖耦合器6的10％端口接連摻鉺光纖放大器9，摻鉺光纖放大器9另一端輸入解復(fù)用器10，各部件之間的連接為光纖直接熔接或光纖跳線連接。
連續(xù)半導(dǎo)體激光器1為可調(diào)諧或固定波長的連續(xù)半導(dǎo)體激光器。位相調(diào)制器2為鈮酸鋰電光位相調(diào)制器，或者位相或強(qiáng)度調(diào)制器。色散光纖3、色散位移光纖5，或者根據(jù)多波長光源的輸出選擇長度和光纖類型。兩個(gè)光纖耦合器6和7的分光比分別是90∶10和50∶50，或者根據(jù)多波長光源的功率輸出要求選擇分光比，光纖耦合器7或者為光環(huán)行器。摻鉺光纖放大器4、9或者由一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體光放大器來替代。解復(fù)用器10的類型和輸出波長標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)多波長光源的波長輸出選擇，滿足DWDM系統(tǒng)的需求，其中采用50Ghz、100GHz的解復(fù)用器10，則適用于50Ghz或者100Ghz空間間隔的密集波分復(fù)用系統(tǒng)。
下面結(jié)合不同的波長數(shù)目和不同的光功率輸入作為實(shí)施例來分析說明本發(fā)明的特性。
實(shí)施例一作為DWDM系統(tǒng)用的多波長超連續(xù)光源，要求四波混頻的轉(zhuǎn)換效率較高同時(shí)各信道的頻譜展寬要小。因自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制引起的相移，脈沖在光纖中傳播時(shí)的相位會(huì)變化。四波混頻的相位匹配條件，要針對(duì)脈沖相位的變化，在其體實(shí)施中需正確調(diào)整參數(shù)。為使得輸出光譜更寬、更平坦，就必須對(duì)入射光的波長有嚴(yán)格的要求，在不同泵浦光功率下的最佳波長點(diǎn)，能夠滿足四波混頻的相位匹配條件，從而產(chǎn)生最大的增益，這個(gè)增益是隨著入射功率增大而增大的。同樣該波長點(diǎn)自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制引起的脈沖頻譜的展寬，發(fā)現(xiàn)在四波混頻中要減少自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制對(duì)脈沖的影響必須降低泵譜光功率或者減少光纖長度。在實(shí)施例1中，當(dāng)輸入信道的泵浦光功率為100mw，色散位移光纖4長為10km，泵浦光波長為1555.4nm，調(diào)制頻率為10GHz時(shí)，最后在解復(fù)用器前測(cè)得40nm寬的光譜平坦輸出。在解復(fù)用器后，測(cè)得信道間隔為0.8nm，信道功率大于0.1mW。
實(shí)施例二為了更清楚的看到脈沖在光纖中的傳播頻譜，觀察了輸入脈沖分別在0、5、10和15km的頻譜。在實(shí)驗(yàn)中可明顯地看到脈沖在光纖中受SPM和XPM影響時(shí)的擴(kuò)展行為，隨著距離的增大，脈沖的頻譜更加擴(kuò)展，而且輸入功率越大，脈沖受到的非線性影響越大，光譜展寬越多。當(dāng)輸入功率為50mw時(shí)，脈沖傳播了15km后仍保持了單脈沖的形狀，而且振幅下降也不多，功率提高后，雖然四波混頻的效率提高了，但是脈沖受到的自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制的影響更多，頻譜擴(kuò)展地更多。在在實(shí)施例2中，輸入功率達(dá)到200mw時(shí)，光纖長度為5km，泵浦光波長為1559.1nm時(shí)，測(cè)得在輸出端的光譜寬度可達(dá)60nm，各信道波長的功率約為1mW。
權(quán)利要求
1.一種密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，包括連續(xù)半導(dǎo)體激光器(1)、位相調(diào)制器(2)、色散光纖(3)、摻鉺光纖放大器(4)、色散位移光纖(5)、90∶10光纖耦合器(6)、50∶50的光纖耦合器(7)、射頻微波源(8)、摻鉺光纖放大器(9)和解復(fù)用器(10)，其特征在于，90∶10光纖耦合器(6)及50∶50的光纖耦合器(7)形成環(huán)型腔，半導(dǎo)體激光器(1)輸出的連續(xù)光經(jīng)光纖耦合器(7)連接輸入到位相調(diào)制器(2)，位相調(diào)制器(2)與射頻微波源(8)連接，位相調(diào)制器(2)后連接色散光纖(3)，色散光纖(3)后連接大功率的摻鉺放大器(4)，其后連接色散位移光纖(5)，色散位移光纖(5)后連接90∶10的光纖耦合器(6)，其90％輸出口與光纖耦合器(7)的另一輸入口連接，光纖耦合器(6)的10％端口接連摻鉺光纖放大器(9)，摻鉺光纖放大器(9)另一端輸入解復(fù)用器(10)，各部件之間的連接為光纖直接熔接或光纖跳線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，連續(xù)半導(dǎo)體激光器(1)為可調(diào)諧或固定波長的連續(xù)半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，位相調(diào)制器(2)為鈮酸鋰電光位相調(diào)制器，或者位相或強(qiáng)度調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，色散光纖(3)、色散位移光纖(5)根據(jù)多波長光源的輸出選擇長度和光纖類型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，兩個(gè)光纖耦合器(6)和(7)的分光比分別是90∶10和50∶50，或者根據(jù)多波長光源的功率輸出選擇分光比，其中光纖耦合器(7)或者為光環(huán)行器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，摻鉺光纖放大器(4)、(9)或者由一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體光放大器來替代。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，其特征是，解復(fù)用器(10)的類型和輸出波長標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)多波長光源的波長輸出選擇，滿足DWDM系統(tǒng)的需求，其中采用50Ghz、100GHz的解復(fù)用器(10)，則適用于50Ghz或者100Ghz空間間隔的密集波分復(fù)用系統(tǒng)。
全文摘要
一種密集波分復(fù)用系統(tǒng)的多波長超連續(xù)光源，屬于光通信領(lǐng)域。本發(fā)明兩個(gè)光纖耦合器形成環(huán)型腔，半導(dǎo)體激光器輸出的連續(xù)光經(jīng)50∶50的光纖耦合器連接輸入到位相調(diào)制器，位相調(diào)制器與射頻微波源連接，位相調(diào)制器后連接色散光纖，色散光纖后連接大功率的摻鉺放大器，其后連接色散位移光纖，色散位移光纖后連接90∶10的光纖耦合器，其90％輸出口與50∶50的光纖耦合器的另一輸入口連接，光纖耦合器的10％端口接連另一個(gè)摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器另一端輸入解復(fù)用器。本發(fā)明能不斷的通過調(diào)制產(chǎn)生新的邊帶頻率，產(chǎn)生的各光波長更為穩(wěn)定，使用光纖長度更短，注入光功率更低。各波長之間的頻率間隔由光脈沖序列的重復(fù)頻率或調(diào)制頻率決定。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1540906SQ20031010830
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者詹黎, 葉慶好, 夏宇興, 詹 黎 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)