專利名稱:基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及非線性光學(xué)混頻技術(shù)領(lǐng)域和全光信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域, 具體涉及一種基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù):
全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒁粋€(gè)光波長(zhǎng)所攜帶的信息完全復(fù)制到另一個(gè)光波長(zhǎng)上,是未來(lái)密集波分復(fù)用(DWDM)光網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的關(guān)鍵器件。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)再利用,有效進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由選擇,降低網(wǎng)絡(luò) 擁擠阻塞率,進(jìn)而可以提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)充性。目前常用的全光 波長(zhǎng)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)、 非線性光學(xué)環(huán)形鏡(NOLM)、激光器增益飽和效應(yīng)、四波混頻(FWM)、 二階非線性效應(yīng)等等。在這些方案中,基于周期極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN) 無(wú)源光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性,其最大的 特點(diǎn)是響應(yīng)速度快以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程的嚴(yán)格透明性,表現(xiàn)為與信號(hào)的比特 率和調(diào)制格式無(wú)關(guān),因而近年來(lái)正在受到各國(guó)科技工作者的高度重視。目前國(guó)內(nèi)外在基于PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方面已經(jīng) 開(kāi)展了許多非常有意義的工作,主要包括基于直接差頻(DFG),基于級(jí)聯(lián) 倍頻和差頻(SHG+DFG),基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)等二階以及 級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)。DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換由于泵浦光(0.77 pm)和信號(hào)光(1.5 pm)處于不同波段,因此難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)泵浦光和信號(hào) 光在光波導(dǎo)內(nèi)的單模傳輸。SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換解決了 DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 器遇到的困難,注入泵浦光和信號(hào)光同處于1.5pm波段,可以實(shí)現(xiàn)1.5pm 波段的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。盡管如此,由于在SHG+DFG過(guò)程中位于倍頻(SHG) 過(guò)程準(zhǔn)相位匹配(QPM)波長(zhǎng)處的泵浦光波長(zhǎng)響應(yīng)帶寬非常窄( 0.3 nm), 因此,對(duì)于固定輸入的信號(hào)光,傳統(tǒng)的SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器難以實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)換空閑光的可調(diào)諧輸出,而可調(diào)諧的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換對(duì)于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理的靈活
性又是非常重要的。SFG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可以同時(shí)解決DFG型和傳統(tǒng) SHG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器所遇到的問(wèn)題, 一方面所有入射光均處于1.5 pm 波段,另一方面即使對(duì)于固定波長(zhǎng)輸入的信號(hào)光也可以方便地實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。例如- 2003年Y. H. Min等人在文章"TumWe all-optical wavelength conversion of 5 ps pulses by cascaded sum- and difference frequency generation (cSFG/DFG) in a Ti:PPLN waveguide," in戶rac.Go附www'c加'o"s Co"/, vol. 2, Mar" 23-28 2003, pp. 767-768 ("利用鈦擴(kuò) 散周期極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰光波導(dǎo)級(jí)聯(lián)和頻與差頻二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)5皮秒 脈沖可調(diào)諧全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,"光纖通信會(huì)議,2巻,2003年3月23日-28日, 767頁(yè)-768頁(yè))中,首次實(shí)驗(yàn)報(bào)道了基于SFG+DFG重復(fù)頻率為10 G他、 脈寬為5 ps的脈沖信號(hào)光的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。然而,在已經(jīng)報(bào)道的 SHG+DFG和SFG+DFG型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案中,需要使用昂貴的外腔激光器作 為外界泵浦光源,特別是基于SFG+DFG的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換需要同時(shí)使用兩個(gè)外 界泵浦光源,這就大大增加了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性并提高了系統(tǒng)的成本。 盡管C. Q. Xu等人在文章"Intracavity wavelength conversions employing a MgO-doped LiNb03 quasi-phase-matched waveguide and an erbium-doped fiber amplifier," J C^. & c.5, vol. 20, No. 10, pp. 2142-2149, Oct. 2003 (利用MgO摻雜鈮酸鋰準(zhǔn)相位匹配光波導(dǎo)和摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換,"美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)期刊B, 20巻,10期,2142頁(yè)-2149頁(yè),200年10 月)中,提出了基于SHG+DFG的腔內(nèi)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以節(jié)省一個(gè)外界泵浦光源, 但由于泵浦光位于SHG過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的腔 內(nèi)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。另外,基于SFG+DFG的腔內(nèi)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換因?yàn)樾枰瑫r(shí)節(jié)省兩 個(gè)外界泵浦光源到目前為止還沒(méi)有相關(guān)的研究報(bào)道。除此之外,已有的波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換大都還停留在單信道一單信道的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,對(duì)單信道一雙信道的可 調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、單信道一多信道("廣播式")的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、以及多 信道同時(shí)轉(zhuǎn)換等方面的關(guān)注還比較少。鑒于此,如何對(duì)傳統(tǒng)SHG+DFG型 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧功能,如何設(shè)計(jì)無(wú)需注入外界泵浦光 的基于PPLN環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的多功能波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(單信道一單信道、單信道 一雙信道、單信道一多信道可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以及多信道同時(shí)轉(zhuǎn)換)將具有
實(shí)際的研究應(yīng)用價(jià)值。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換裝置,該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠和擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。本實(shí)用新型提供的一種基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝 置,其特征在于該裝置包括沿順時(shí)針?lè)较蛞来喂饴愤B接的第一光耦合器、 摻鉺光纖放大器、偏振控制器、PPLN光波導(dǎo)、光隔離器、第二光耦合器和 泵浦光波長(zhǎng)選擇器,構(gòu)成第一環(huán)形腔激光器;其中第一光耦合器對(duì)進(jìn)入的光波進(jìn)行耦合,再經(jīng)摻鉺光纖放大器放大后 通過(guò)偏振控制器對(duì)光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整,然后進(jìn)入PPLN光波導(dǎo);泵浦 光由內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生,泵浦光在環(huán)形 腔中沿順時(shí)針?lè)较蛞来蝹鬏敚闷止獠ㄩL(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)選擇器決定;PPLN 光波導(dǎo)用于對(duì)信號(hào)光和第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生的泵浦光進(jìn)行處 理,使其發(fā)生非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;光隔離器用于保證環(huán)形腔內(nèi)光波 沿順時(shí)針?lè)较騿蜗騻鬏敚D(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換空閑光從第二光耦合器輸出。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)存在的不足,提供一種基于 PPLN光波導(dǎo)環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置。該裝置一方面充分利用 PPLN光波導(dǎo)中的兩種級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多種全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能,大 大提高了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的靈活性;另一方面利用裝置內(nèi)部的環(huán)形腔激光器產(chǎn)生 泵浦光,擺脫了以往對(duì)昂貴的外腔激光器作為外界泵浦光源的依靠,裝置 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn),成本大大降低,而且運(yùn)行可靠。具體而言,本實(shí)用 新型與現(xiàn)有的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)和裝置相比具有如下優(yōu)點(diǎn)-其一、基于PPLN 二階非線性效應(yīng)的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換與基于半導(dǎo)體光放 大器(SOA)交叉增益調(diào)制和交叉相位調(diào)制等的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以及基于光纖四 波混頻的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)。(1) 、相比于半導(dǎo)體光放大器,PPLN光波導(dǎo)是無(wú)源光波導(dǎo),因此在波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換過(guò)程中PPLN光波導(dǎo)自身不會(huì)引入自發(fā)輻射噪聲的影響;(2) 、相比于光纖四波混頻,PPLN具有更高的非線性系數(shù)有利于非線性
效應(yīng)的進(jìn)行,而且PPLN光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)緊湊易于集成和模塊化,性能可靠;(3) 、 PPLN光波導(dǎo)中有倍頻(SHG)、和頻(SFG)、差頻(DFG)等豐 富的二階非線性效應(yīng)以及相互間的級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng),如級(jí)聯(lián)倍頻和差 頻(SHG+DFG)以及級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG),這些大大增加了基于 PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的可選擇性;(4) 、基于PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換還具有如下一些理 想波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)① 超快的響應(yīng)速度(fs量級(jí));② 與信號(hào)的比特率和調(diào)制格式無(wú)關(guān);③ 多波長(zhǎng)同時(shí)轉(zhuǎn)換和較寬的動(dòng)態(tài)變換范圍;④ 光譜和啁啾反轉(zhuǎn)可用于色散補(bǔ)償;⑤ 參量放大;◎轉(zhuǎn)換過(guò)程無(wú)內(nèi)部頻率啁啾。其中超快的響應(yīng)速度和對(duì)信號(hào)比特率及調(diào)制格式無(wú)關(guān)的特性可以增強(qiáng) 對(duì)40 Gbit/s及以上速率的高速信號(hào)以及各種新型調(diào)制格式信號(hào)(如歸零碼 RZ,載波抑制歸零碼CSRZ,差分相移鍵控碼DPSK,光雙二進(jìn)制碼ODB 等)的處理能力,使得基于PPLN光波導(dǎo)二階非線性效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換在未 來(lái)高速全光信號(hào)處理技術(shù)中具有潛在的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。其二、本實(shí)用新型利用的基于PPLN光波導(dǎo)的級(jí)聯(lián)倍頻和差頻 (SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng)以及級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG) 二階非 線性效應(yīng)在傳統(tǒng)SHG+DFG和SFG+DFG基礎(chǔ)上有所改進(jìn)和提高。(1) 、繼承了傳統(tǒng)SHG+DFG和SFG+DFG的優(yōu)點(diǎn),注入泵浦光和信號(hào) 光同處于1.5pm波段,克服了傳統(tǒng)直接差頻(DFG) 二階非線性效應(yīng)由于 泵浦光(0.77 (am)和信號(hào)光(1.5 nm)處于不同波段而難以同時(shí)在光波導(dǎo)內(nèi)進(jìn)行單模傳輸?shù)睦щy;(2) 、傳統(tǒng)SHG+DFG泵浦光位于倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,響應(yīng)帶寬非常窄( 0.3nm),對(duì)于給定波長(zhǎng)的信號(hào)光難以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型利用的SHG+DFG對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn),將信號(hào)光置 于SHG過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,對(duì)于固定輸入的信號(hào)光,通過(guò)改變泵浦
光波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換空閑光的可調(diào)諧輸出。另外,通過(guò)增加泵浦光的數(shù)目, 實(shí)現(xiàn)了固定輸入信號(hào)光單信道一雙信道以及單信道一多信道("廣播式")的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;(3)、改進(jìn)后的SHG+DFG雖然實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,但輸入信號(hào) 光的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍卻變得很窄( 0.3 nm),利用SFG+DFG可以解決這 個(gè)問(wèn)題。通過(guò)使用兩個(gè)泵浦光并適當(dāng)調(diào)節(jié)其波長(zhǎng)可以很方便地實(shí)現(xiàn)可變輸 入信號(hào)光的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,輸入信號(hào)光和輸出轉(zhuǎn)換空閑光均可以在很寬 的范圍內(nèi)調(diào)諧(>75nm)。本實(shí)用新型利用的SFG+DFG在此基礎(chǔ)上通過(guò)增 加泵浦光的數(shù)目,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了可變輸入信號(hào)光單信道一多信道("廣播 式")的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;其三、本實(shí)用新型提出的基于PPLN環(huán)形腔的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 容易實(shí)現(xiàn),成本低廉,穩(wěn)定性可靠。(1) 、無(wú)需昂貴的外腔激光器提供泵浦光,泵浦光由內(nèi)置了 PPLN光波 導(dǎo)的環(huán)形腔激光器產(chǎn)生,通過(guò)靈活設(shè)計(jì)使用不同的泵浦光波長(zhǎng)選擇器可以 方便地產(chǎn)生單泵浦光,雙泵浦光以及多泵浦光從而實(shí)現(xiàn)形式豐富的多種波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能,這樣可以大大降低裝置的復(fù)雜性和運(yùn)行成本。例如,對(duì)于單 信道一多信道("廣播式")的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,使用一個(gè)多波長(zhǎng)選擇器就可以省 掉多個(gè)外腔激光器,這在未來(lái)密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中具有潛在的推廣應(yīng)用 價(jià)值。(2) 、環(huán)形腔激光器中內(nèi)置的PPLN光波導(dǎo)和偏振控制器可以增加環(huán)形 腔的偏振不均勻性,從而可以緩解摻鉺光纖放大器的均勻加寬特性,另外 在環(huán)形腔的波長(zhǎng)選擇器中使用可調(diào)光衰減器也可以平衡摻鉺光纖放大器的 增益競(jìng)爭(zhēng),這些對(duì)于環(huán)形腔激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的激射光進(jìn)而保證波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò) 程的穩(wěn)定性是非常有利的。其四、本實(shí)用新型裝置具有很好的可擴(kuò)充性。(1) 、通過(guò)更換環(huán)形腔激光器中的泵浦光波長(zhǎng)選擇器,可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) 輸入信號(hào)光固定或者可變的單信道--三信道、單信道一四信道……等形式 各樣的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;(2) 、環(huán)形腔激光器中的波長(zhǎng)選擇器件可以靈活改變。例如,對(duì)于多波
長(zhǎng)選擇器,其中的梳妝濾波器除了使用法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具外還可以 使用馬赫一曾德?tīng)栄訒r(shí)干涉儀(MZ-DI)、保偏光纖環(huán)形鏡(PMF-LM)等 具有梳妝濾波功能的器件。
圖1是本實(shí)用新型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的原理示意圖;圖2是本實(shí)用新型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖3 (a) (b)是兩種單波長(zhǎng)選擇器件;圖4 (a) (b)是兩種雙波長(zhǎng)選擇器件;圖5是多波長(zhǎng)選擇器件;圖6是本實(shí)用新型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖; 圖7是本實(shí)用新型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的第三種結(jié)構(gòu)示意圖; 圖8是基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)信號(hào)光固定可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 的原理示意圖(a)單信道一單信道可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,(b)單信道一雙信 道可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,(c)單信道一多信道("廣播式")可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。圖9是基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)信號(hào)光可變可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 的原理示意圖;圖10是基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SHG+DFG)信號(hào)光可變單信道一多信 道("廣播式")可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的原理示意圖;圖11是基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)多信道同時(shí)轉(zhuǎn)換的原理示 意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 本實(shí)用新型提供了無(wú)需外界注入泵浦光的基于PPLN環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的全 光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征是在環(huán)形腔激光器中內(nèi)置PPLN光波導(dǎo),利用PPLN 級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)以及級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG)兩種級(jí) 聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多種全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能。轉(zhuǎn)換器的主體是基于PPLN 環(huán)形腔的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,如圖1所示,主要包括PPLN光波導(dǎo)1 ,波長(zhǎng)選擇器2以及摻鉺光纖放大器3,依次連接構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的環(huán)形腔激光器。環(huán)形腔內(nèi)部的光路走向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?。泵浦光由環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn) 生,信號(hào)光與泵浦光在PPLN光波導(dǎo)中發(fā)生級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)生成轉(zhuǎn)換 輸出空閑光從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)光到轉(zhuǎn)換空閑光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)選擇不同的波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換機(jī)制以及改變環(huán)形腔激光器的具體內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多種功能 的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。如圖2所示,本實(shí)用新型裝置包括沿順時(shí)針?lè)较蛞来喂饴愤B接的第一 光耦合器4、摻鉺光纖放大器3、偏振控制器5、 PPLN光波導(dǎo)1、光隔離器 6、第二光耦合器7和泵浦光波長(zhǎng)選擇器2,構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的第一 環(huán)形腔激光器。其中,第一光耦合器4和第二光耦合器7分別對(duì)外提供信 號(hào)光輸入端口和轉(zhuǎn)換空閑光輸出端口。輸入信號(hào)光經(jīng)第一光耦合器4進(jìn)入該裝置內(nèi),經(jīng)摻鉺光纖放大器3放 大后通過(guò)偏振控制器5對(duì)其偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整,然后進(jìn)入PPLN光波導(dǎo)1。泵 浦光由內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生,泵浦光在環(huán) 形腔中沿順時(shí)針?lè)较騻鬏斠来谓?jīng)過(guò)"摻鉺光纖放大器3 —偏振控制器5 — PPLN光波導(dǎo)1 一光隔離器6—第二光耦合器7—泵浦光波長(zhǎng)選擇器2 —第一 光耦合器4一摻鉺光纖放大器3",其中摻鉺光纖放大器3提供泵浦光激射 所需的增益,偏振控制器光5調(diào)整泵浦光的偏振態(tài),光隔離器6保證環(huán)形 腔內(nèi)光波沿順時(shí)針?lè)较騿蜗騻鬏?,泵浦光波長(zhǎng)選擇器2用于決定第一環(huán)形 腔激光器產(chǎn)生的內(nèi)部激射泵浦光的波長(zhǎng),它可以為單波長(zhǎng)選擇器2A、雙波 長(zhǎng)選擇器2B或多波長(zhǎng)選擇器2C。輸入信號(hào)光和第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激 射產(chǎn)生的泵浦光進(jìn)入PPLN光波導(dǎo)i后在其中發(fā)生非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換,轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換空閑光從第二光耦合器7輸出?;趫D2所示發(fā)明裝置,可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)光固定,無(wú)需注入外界泵 浦光的單信道一單信道、單信道一雙信道以及單信道一多信道("廣播式") 的可調(diào)諧全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。其特征是在PPLN光波導(dǎo)1中信號(hào)光與泵浦光發(fā) 生級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng)信號(hào)光波長(zhǎng)位于PPLN 光波導(dǎo)倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,信號(hào)光通過(guò)倍頻(SHG) 過(guò)程產(chǎn)生的倍頻光同時(shí)與第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生的泵浦光發(fā)生差
頻(DFG)相互作用并生成轉(zhuǎn)換空閑光,通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光波長(zhǎng)可以改變轉(zhuǎn) 換空閑光的波長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧輸出。輸入信號(hào)光固定且是單信道,輸出轉(zhuǎn) 換空閑光的信道數(shù)目由泵浦光個(gè)數(shù)決定,根據(jù)環(huán)形腔中泵浦光波長(zhǎng)選擇器2 使用的是單波長(zhǎng)選擇器2A、雙波長(zhǎng)選擇器2B、還是多波長(zhǎng)選擇器2C可以 相應(yīng)得到單信道一單信道、單信道一雙信道以及單信道一多信道("廣播 式")的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換?;趫D2所示發(fā)明裝置,當(dāng)其中的泵浦光波長(zhǎng)選擇器2使用的是雙波 長(zhǎng)選擇器2B時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)光可變,無(wú)需注入外界泵浦光的可調(diào) 諧全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。其特征是在PPLN光波導(dǎo)1中信號(hào)光與兩路泵浦光發(fā)生 級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng)信號(hào)光與第一環(huán)形腔激光 器產(chǎn)生的第一路泵浦光通過(guò)和頻(SFG)過(guò)程產(chǎn)生和頻光,與此同時(shí),第一 環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的第二路泵浦光與和頻光發(fā)生差頻(DFG)相互作用并 生成轉(zhuǎn)換空閑光,對(duì)于可變輸入的信號(hào)光,通過(guò)適當(dāng)改變兩路泵浦光的波 長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換空閑光的可調(diào)諧輸出。如圖3(a)所示,單波長(zhǎng)選擇器2A由第一可調(diào)光衰減器8和第一可調(diào)諧 濾波器9組成。光波在該單波長(zhǎng)選擇器中從右向左傳輸。第一可調(diào)諧濾波 器9用以選擇需要的波長(zhǎng),第一可調(diào)光衰減器8用以適當(dāng)調(diào)節(jié)選中波長(zhǎng)對(duì) 應(yīng)激射光在環(huán)形腔中的損耗進(jìn)而控制激射光的光功率。第一可調(diào)光衰減器8 和第一可調(diào)諧濾波器9的位置可以互換。單波長(zhǎng)選擇器2A也可以采用如圖3 (b)所示的結(jié)構(gòu),它由光環(huán)形器 10、可調(diào)光衰減器8以及光纖布拉格光柵(FBG) 11組成。光波在該單波 長(zhǎng)選擇器中從右向左傳輸時(shí)的光路走向依次為"光環(huán)形器10端口 a—光環(huán) 形器10端口 b—第一可調(diào)光衰減器8—第一光纖布拉格光柵ll一第一可調(diào) 光衰減器8 —光環(huán)形器10端口 b—光環(huán)形器10端口 c"。利用第一光纖布拉 格光柵ll的反射譜選擇需要的波長(zhǎng),選用不同的光纖布拉格光柵可以得到 不同的激射波長(zhǎng),第一可調(diào)光衰減器8用以適當(dāng)調(diào)節(jié)選中波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)激射光在環(huán)形腔中的損耗以控制激射光的光功率。如圖4 (a)所示,雙波長(zhǎng)選擇器2B由第一、第二可調(diào)光衰減器8, 12、 第一、第二可調(diào)諧濾波器9, 13以及第三、第四光耦合器14, 15組成。光
波在該雙波長(zhǎng)選擇器中從右向左傳輸時(shí)首先經(jīng)過(guò)第三光耦合器14分成上下 兩路并行傳輸,上路先后經(jīng)過(guò)第一可調(diào)光衰減器8和第一可調(diào)諧濾波器9, 下路先后經(jīng)過(guò)第二可調(diào)光衰減器12和第二可調(diào)諧濾波器13,上下兩路光波 然后經(jīng)過(guò)第四光耦合器15耦合輸出。第一、第二可調(diào)諧濾波器9, 13分別 用于決定環(huán)形腔激光器中兩路激射光的波長(zhǎng),第一可調(diào)光衰減器8用于適 當(dāng)調(diào)節(jié)和控制第一可調(diào)諧濾波器9決定的激射光的光功率,第二可調(diào)光衰 減器12用于適當(dāng)調(diào)節(jié)和控制第二可調(diào)諧濾波器13決定的激射光的光功率。 第一可調(diào)光衰減器8和第一可調(diào)諧濾波器9的位置可以互換,第二可調(diào)光 衰減器12和第二可調(diào)諧濾波器13的位置可以互換。雙波長(zhǎng)選擇器2B也可以采用如圖4 (b)所示的結(jié)構(gòu),由光環(huán)形器10、 第一、第二可調(diào)光衰減器8, 12以及第一、第二光纖布拉格光柵ll、 16組 成。光波在該雙波長(zhǎng)選擇器中從右向左傳輸時(shí)的光路走向有兩路。第一路 為"光環(huán)形器10端口 a—光環(huán)形器10端口 b—第一可調(diào)光衰減器8_第一 光纖布拉格光柵ll一第一可調(diào)光衰減器8 —光環(huán)形器10端口 b—光環(huán)形器 10端口 c",其中第一光纖布拉格光柵11的反射譜決定第一路激射光的波 長(zhǎng),選用不同的第一光纖布拉格光柵ll可以改變第一路激射光的波長(zhǎng),第 一可調(diào)光衰減器8用于調(diào)節(jié)和控制第一路激射光的光功率;第二路為"光 環(huán)形器10端口 a—光環(huán)形器10端口 b—第一可調(diào)光衰減器8 —第一光纖布 拉格光柵11 一第二可調(diào)光衰減器12—第二光纖布拉格光柵16—第二可調(diào)光 衰減器12—第一光纖布拉格光柵11一第一可調(diào)光衰減器8 —光環(huán)形器10端 口 b—光環(huán)形器10端口 c",其中第二光纖布拉格光柵16的反射譜決定第 二路激射光的波長(zhǎng),選用不同的第二光纖布拉格光柵16可以改變第二路激 射光的波長(zhǎng),第一、第二可調(diào)光衰減器8, 12用于調(diào)節(jié)和控制第二路激射 光的光功率。值得注意的是,圖4 (a) (b)中的第一、第二可調(diào)光衰減器8, 12可 以增加環(huán)腔內(nèi)兩路激射光波損耗的不均勻性,從而可以減弱摻鉺光纖放大 器的均勻加寬特性,另外環(huán)腔中的偏振控制器和PPLN光波導(dǎo)等偏振器件 的使用也會(huì)引入不均勻性,這些可以保證獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射,因此對(duì) 于增強(qiáng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換過(guò)程的穩(wěn)定性是非常有益的。
如圖5所示,多波長(zhǎng)選擇器2C由摻鉺光纖放大器17、帶通濾波器18 以及法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具19組成。光波在該多波長(zhǎng)選擇器中從右向 左傳輸。法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具19相當(dāng)于一個(gè)梳狀濾波器,與帶通濾 波器18連接后構(gòu)成了多波長(zhǎng)選擇器的主體。多波長(zhǎng)激射的波長(zhǎng)間距由法布 里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具19決定,而激射波長(zhǎng)的數(shù)目則取決于帶通濾波器18 的帶寬。帶通濾波器18和法布里-珀羅(FP)標(biāo)準(zhǔn)具19的位置可以互換。 摻鉺光纖放大器17為環(huán)形腔內(nèi)部的多波長(zhǎng)激射提供增益。如圖6所示,當(dāng)要實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)光可變,無(wú)需注入外界泵浦光單信道 一多信道("廣播式")的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí),本實(shí)用新型裝置在圖2基礎(chǔ) 上增設(shè)多波長(zhǎng)選擇器20以構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的雙環(huán)腔激光器。增設(shè)的 第二環(huán)形腔激光器沿逆時(shí)針?lè)较蛴傻谝还怦詈掀?、摻鉺光纖放大器3、偏 振控制器5、 PPLN光波導(dǎo)1、光隔離器6、第二光耦合器7和多波長(zhǎng)選擇 器20依次光路連接而成,其中的多波長(zhǎng)選擇器20用以產(chǎn)生多路泵浦光, 其結(jié)構(gòu)與多波長(zhǎng)選擇器2C的結(jié)構(gòu)相同。第一環(huán)形腔激光器的結(jié)構(gòu)與圖2相 同,光路走向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?,不過(guò)其中的泵浦光波長(zhǎng)選擇器2為單波長(zhǎng)選 擇器2A。輸入信號(hào)光經(jīng)第一光耦合器4進(jìn)入該裝置內(nèi)。兩個(gè)環(huán)形腔激光器分別 激射一路和多路泵浦光,摻鉺光纖放大器3提供增益,光隔離器6保證兩 環(huán)形腔激光器中光路的單向傳輸。信號(hào)光和兩環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生 的泵浦光經(jīng)摻鉺光纖放大器3放大并經(jīng)偏振控制器5調(diào)整偏振態(tài)后進(jìn)入 PPLN光波導(dǎo)1,在其中發(fā)生非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換空 閑光從第二光耦合器7輸出?;趫D6所示發(fā)明裝置,可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)光可變,無(wú)需注入外界泵 浦光的單信道一多信道("廣播式")的可調(diào)諧全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。其特征是在 PPLN光波導(dǎo)1中信號(hào)光與泵浦光發(fā)生級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG) 二階 非線性效應(yīng):信號(hào)光與第一環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的單個(gè)泵浦光通過(guò)和頻(SFG) 過(guò)程產(chǎn)生和頻光,與此同時(shí),增設(shè)的第二環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的多路泵浦光 與和頻光發(fā)生差頻(DFG)相互作用從而生成多路轉(zhuǎn)換空閑光,對(duì)于可變 輸入的單信道信號(hào)光,通過(guò)適當(dāng)改變第一、第二環(huán)形腔激光器的激射泵浦
光波長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)多信道轉(zhuǎn)換空閑光的可調(diào)諧輸出,即輸入信號(hào)光可變的單 信道一多信道("廣播式")可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。如圖7所示,當(dāng)要實(shí)現(xiàn)無(wú)需注入外界泵浦光的多信道同時(shí)轉(zhuǎn)換的全光 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí),本實(shí)用新型裝置與圖6 —樣,也是在圖2基礎(chǔ)上增設(shè)多波長(zhǎng) 選擇器20以構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的雙環(huán)腔激光器。與圖6不同的時(shí),圖 7中沒(méi)有外界輸入信號(hào)光。圖6中多波長(zhǎng)選擇器20產(chǎn)生的多路激射光為多 路泵浦光,圖7中多波長(zhǎng)選擇器20產(chǎn)生的多路激射光看作是多路信號(hào)光。 基于圖7發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需注入外界泵浦光的多信道同時(shí)轉(zhuǎn)換,其特 征是在PPLN光波導(dǎo)1中泵浦光與多路信號(hào)光發(fā)生級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng)第一環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的單個(gè)泵浦光位于 PPLN光波導(dǎo)倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,泵浦光通過(guò)倍頻(SHG) 過(guò)程產(chǎn)生的倍頻光同時(shí)與第二環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的多路信號(hào)光發(fā)生差頻(DFG)相互作用并生成多路轉(zhuǎn)換空閑光由第二光耦合器7輸出。信號(hào)光 為多信道,轉(zhuǎn)換空閑光也為多信道且數(shù)目與信號(hào)光相等,即實(shí)現(xiàn)了多信道 的同時(shí)轉(zhuǎn)換。下面分別對(duì)本實(shí)用新型裝置的工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。 一、基于PPLN環(huán)形腔信號(hào)光固定的單信道一單信道、單信道一雙信 道以及單信道一多信道("廣播式")可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 1、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換原理 1.1、單信道一單信道如圖8 (a)所示,基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng) 信號(hào)光21位于PPLN光波導(dǎo)倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,信號(hào) 光21經(jīng)過(guò)倍頻(SHG)過(guò)程生成倍頻光22,與此同時(shí),泵浦光23與倍頻 光22發(fā)生差頻(DFG)相互作用得到轉(zhuǎn)換空閑光24。根據(jù)能量守恒定理, 信號(hào)光21、倍頻光22、泵浦光23以及轉(zhuǎn)換空閑光24的波長(zhǎng)滿足如下關(guān)系 式<formula>formula see original document page 15</formula>
1.2、單信道一雙信道如圖8 (b)所示,基本原理與單信道一單信道波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換相同,即基于 SHG+DFG:信號(hào)光21位于PPLN光波導(dǎo)倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配 波長(zhǎng)處,信號(hào)光21通過(guò)倍頻(SHG)過(guò)程生成的倍頻光22同時(shí)與兩路泵 浦光23, 25發(fā)生差頻(DFG)相互作用,從而生成兩路轉(zhuǎn)換空閑光24, 26。 輸入信號(hào)光只有一路,輸出轉(zhuǎn)換空閑光變?yōu)閮陕?,因此?duì)應(yīng)單信道一雙信 道的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)能量守恒定理,信號(hào)光21、倍頻光22、兩路泵浦光23, 25以及兩路轉(zhuǎn)換空閑光24, 26的波長(zhǎng)滿足如下關(guān)系式<formula>formula see original document page 16</formula>(2)1.3、單信道一多信道("廣播式")如圖8 (c)所示,基本原理與單信道一單信道以及單信道一雙信道波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換相同,即基于SHG+DFG:信號(hào)光21位于PPLN光波導(dǎo)倍頻(SHG) 過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,信號(hào)光21通過(guò)倍頻(SHG)過(guò)程生成倍頻光22, 同時(shí)多路泵浦光27與倍頻光22發(fā)生差頻(DFG)相互作用,從而生成多 路轉(zhuǎn)換空閑光28。輸入信號(hào)光只有一路,輸出轉(zhuǎn)換空閑光變?yōu)槎嗦?,即?shí) 現(xiàn)了單信道一多信道("廣播式")的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)能量守恒定理,信號(hào) 光21、倍頻光22、多路泵浦光27以及多路轉(zhuǎn)換空閑光28的波長(zhǎng)滿足如下關(guān)系式<formula>formula see original document page 16</formula>2、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可調(diào)諧原理
根據(jù)PPLN光波導(dǎo)中SHG+DFG過(guò)程的內(nèi)稟特性,處于倍頻(SHG) 過(guò)程準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處的光波可調(diào)諧范圍非常窄,傳統(tǒng)的基于SHG+DFG 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案泵浦光位于準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,雖然輸入信號(hào)光波長(zhǎng)可以 在較寬的范圍內(nèi)改變,但對(duì)于固定輸入的信號(hào)光卻難以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型將信號(hào)光置于準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,根據(jù)式(1),對(duì)于給 定的信號(hào)光波長(zhǎng),通過(guò)改變泵浦光波長(zhǎng)就可以方便地實(shí)現(xiàn)單信道—單信道 的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;根據(jù)式(2),對(duì)于固定波長(zhǎng)的輸入信號(hào)光,通過(guò)調(diào)節(jié) 兩路泵浦光波長(zhǎng)可以方便地實(shí)現(xiàn)單信道一雙信道的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;根據(jù) 式(3),對(duì)于給定的信號(hào)光波長(zhǎng),通過(guò)改變多路泵浦光波長(zhǎng)就可以很容易地實(shí)現(xiàn)單信道一多信道的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。二、基于PPLN環(huán)形腔信號(hào)光可變的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換1、 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換原理如圖9所示,基于級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG) 二階非線性效應(yīng)需 要兩個(gè)泵浦光23, 25參與。對(duì)于可變輸入的信號(hào)光21,調(diào)節(jié)第一個(gè)泵浦光 23波長(zhǎng)使其與信號(hào)光21波長(zhǎng)滿足或近似滿足和頻(SFG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹 配條件,此時(shí)第一個(gè)泵浦光23和信號(hào)光21的波長(zhǎng)近似關(guān)于倍頻(SHG) 過(guò)程準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)對(duì)稱,信號(hào)光21和第一個(gè)泵浦光23通過(guò)和頻(SFG) 過(guò)程生成和頻光29,與此同時(shí),第二個(gè)泵浦光25與和頻光29發(fā)生差頻 (DFG)相互作用得到轉(zhuǎn)換空閑光30。根據(jù)能量守恒定理,信號(hào)光21、第 一個(gè)泵浦光23、和頻光29、第二個(gè)泵浦光25以及轉(zhuǎn)換空閑光30的波長(zhǎng)滿 足如下關(guān)系式SFG: 1"SF +1"P1DFG: 1", =l//lSF-1"P2 (4) SFG + DFG: l/A,. =l"s +1/4 -1"P22、 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可調(diào)諧原理對(duì)于基于SHG+DFG信號(hào)光固定的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,由于信號(hào)光位于 倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,因此信號(hào)光波長(zhǎng)的可變范圍非常 小(3dB帶寬 0.3nm)。相比之下,對(duì)于基于SFG+DFG的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,當(dāng) 信號(hào)光21波長(zhǎng)改變時(shí),只要通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)第一個(gè)泵浦光23的波長(zhǎng)以保持
和頻光29的波長(zhǎng)不變,從而滿足或近似滿足和頻(SFG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹 配條件,信號(hào)光21波長(zhǎng)可以在非常寬(3dB帶寬"5nm)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)變 化。根據(jù)式(4),當(dāng)保持和頻光29波長(zhǎng)不變時(shí),第一個(gè)泵浦光23的波長(zhǎng) 由輸入信號(hào)光21波長(zhǎng)決定,轉(zhuǎn)換空閑光30波長(zhǎng)則由第二個(gè)泵浦光25波長(zhǎng) 決定。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)兩個(gè)泵浦光23, 25的波長(zhǎng)可以非常方便地實(shí)現(xiàn)可變輸 入信號(hào)光到可變輸出轉(zhuǎn)換空閑光的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。三、基于PPLN環(huán)形腔信號(hào)光可變的單信道一多信道("廣播式")可 調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換1、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換原理如圖10所示,基本原理與信號(hào)光可變的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換相同,即基于 級(jí)聯(lián)和頻與差頻(SFG+DFG) 二階非線性效應(yīng)單信道一n信道的波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換需要n+l路泵浦光23, 31的參與。對(duì)于可變輸入信號(hào)光21,調(diào)節(jié)第一路 泵浦光23的波長(zhǎng)使其與信號(hào)光21波長(zhǎng)滿足或近似滿足和頻(SFG)過(guò)程的 準(zhǔn)相位匹配條件,此時(shí)第一路泵浦光23和信號(hào)光21的波長(zhǎng)近似關(guān)于倍頻 (SHG)過(guò)程準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)對(duì)稱,信號(hào)光21和第一路泵浦光23通過(guò)和 頻(SFG)過(guò)程生成的和頻光29同時(shí)與另外n路泵浦光31發(fā)生差頻(DFG) 相互作用從而得到n路轉(zhuǎn)換空閑光32。根據(jù)能量守恒定理,信號(hào)光21、第 一路泵浦光23、和頻光29、另外n路泵浦光31以及n路轉(zhuǎn)換空閑光32的 波長(zhǎng)滿足如下關(guān)系式SFG: -I/As +l//lp。dfg: i/;in ==i/;iSF —i/義p,SFG + DFG: I"" =1/4 +i/;iP。 -1/、…… (5)DFG: 1/人 =1"SF -1"P SFG + DFG: l//tin =l"s +l/々0 —1"P2、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可調(diào)諧原理類似于基于SFG+DFG信號(hào)光可變的可調(diào)諧波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,根據(jù)式(5),對(duì) 于給定的信號(hào)光波長(zhǎng),當(dāng)保持和頻光29波長(zhǎng)不變時(shí),第一路泵浦光23波
長(zhǎng)由輸入信號(hào)光21波長(zhǎng)決定,n路轉(zhuǎn)換空閑光32波長(zhǎng)相應(yīng)的由n路泵浦光 31波長(zhǎng)決定。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)第一路泵浦光23和另外n路泵浦光31的波長(zhǎng) 就可以很容易地實(shí)現(xiàn)信號(hào)光可變的單信道一多信道("廣播式")可調(diào)諧波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。四、基于PPLN環(huán)形腔多信道同時(shí)轉(zhuǎn)換 1、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換原理如圖11所示,基于級(jí)聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG) 二階非線性效應(yīng)泵浦光23位于倍頻(SHG)過(guò)程的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)處,泵浦光23經(jīng)過(guò)倍頻(SHG)過(guò)程生成倍頻光33,與此同時(shí),n路信號(hào)光34與倍頻光33發(fā)生差頻(DFG)相互作用得到相應(yīng)的n路轉(zhuǎn)換空閑光35,即實(shí)現(xiàn)了多信道的同時(shí)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)能量守恒定理,泵浦光23、倍頻光33、 n路信號(hào)光34以及n路轉(zhuǎn)換空閑光35的波長(zhǎng)滿足如下關(guān)系式<formula>formula see original document page 19</formula>總之,本實(shí)用新型裝置可以靈活實(shí)現(xiàn)無(wú)需注入外界泵浦光的多種全光 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能,特別是單信道一雙信道以及單信道一多信道("廣播式") 的可調(diào)諧全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,這些對(duì)于推動(dòng)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換新技術(shù)新裝置的發(fā)展 具有重要的意義。
權(quán)利要求1、一種基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于該裝置包括沿順時(shí)針?lè)较蛞来喂饴愤B接的第一光耦合器(4)、摻鉺光纖放大器(3)、偏振控制器(5)、PPLN光波導(dǎo)(1)、光隔離器(6)、第二光耦合器(7)和泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2),構(gòu)成第一環(huán)形腔激光器;其中第一光耦合器(4)對(duì)進(jìn)入的光波進(jìn)行耦合,再經(jīng)摻鉺光纖放大器(3)放大后通過(guò)偏振控制器(5)對(duì)光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整,然后進(jìn)入PPLN光波導(dǎo)(1);泵浦光由內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生,泵浦光在環(huán)形腔中沿順時(shí)針?lè)较騻鬏敚闷止獠ㄩL(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)決定;PPLN光波導(dǎo)(1)用于對(duì)信號(hào)光和第一環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生的泵浦光進(jìn)行處理,使其發(fā)生非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;光隔離器(6)用于保證環(huán)形腔內(nèi)光波沿順時(shí)針?lè)较騿蜗騻鬏?,轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換空閑光從第二光耦合器(7)輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界信號(hào) 光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)由可調(diào)光衰減器(8) 和可調(diào)諧濾波器(9)組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界信號(hào) 光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)包括光環(huán)形器(10)、 第一可調(diào)光衰減器(8)和第一光纖布拉格光柵(11);光環(huán)形器(10)的端口 b與 第一可調(diào)光衰減器(8)相連,第一光纖布拉格光柵(11)與第一可調(diào)光衰減器(8) 相連,光環(huán)形器(10)的端口a、 c分別與第二、第一光耦合器(7、 4)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界信號(hào)光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)的結(jié)構(gòu)為第一可調(diào)諧濾波器(9)和第一可調(diào)光衰減器(8)相連形成支路,第二可調(diào)光衰減器(12) 和第二可調(diào)諧濾波器(13)相連形成另一支路,這二條支路并行連接后分別與 第三、第四光耦合器(14、 15)相連,第三、第四光耦合器(14、 15)的另一端 分別與第二、第一光耦合器(7、 4)相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界信號(hào) 光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)的結(jié)構(gòu)為第一可 變光衰減器(8)、第一光纖布拉格光柵(ll)、第二可變光衰減器(12)、第二光 纖布拉格光柵(16)依次串行連接后由第一可變光衰減器(8)與光環(huán)形器(10) 的端口b連接;光環(huán)形器(10)的端口a、 c分別與第二、第一光耦合器(7、 4) 相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界信號(hào) 光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)包括摻鉺光纖放大 器(17)、帶通濾波器(18)和法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具(19);摻鉺光纖放大器(17)的 輸入端作為泵浦光波長(zhǎng)選擇器(2)的輸入端與第二光耦合器(7)相連,摻鉺光 纖放大器(17)的輸出端與帶通濾波器(18)或法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具(19灘連,泵 浦光波長(zhǎng)選擇器(2)的輸出端與第一光耦合器(4)相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于所述泵浦 光波長(zhǎng)選擇器(2)為單波長(zhǎng)選擇器(2A),該裝置還包括多波長(zhǎng)選擇器(20), 多波長(zhǎng)選擇器(20)包括摻鉺光纖放大器、帶通濾波器和法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具; 摻鉺光纖放大器的輸入端作為多波長(zhǎng)選擇器(20)的輸入端,摻鉺光纖放大器 的輸出端與帶通濾波器或法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具相連;多波長(zhǎng)選擇器(20)的輸入端與第二光耦合器(7)的輸出端相連,多波長(zhǎng)選 擇器(20)的輸出端與第一光耦合器(4)的輸入端相連,構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo) 的第二環(huán)形腔激光器;內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的第二環(huán)形腔激光器產(chǎn)生的多波長(zhǎng)激光作為多路信 號(hào)光。
8、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,其特征在于外界 信號(hào)光經(jīng)第一光耦合器(4)注入裝置內(nèi);該裝置還包括多波長(zhǎng)選擇器(20),多 波長(zhǎng)選擇器(20)包括摻鉺光纖放大器、帶通濾波器和法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具; 摻鉺光纖放大器的輸入端作為多波長(zhǎng)選擇器(20)的輸入端,摻鉺光纖放大器的輸出端與帶通濾波器或法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具相連;多波長(zhǎng)選擇器(20)的輸入端與第二光耦合器(7)的輸出端相連,多波長(zhǎng)選 擇器(20)的輸出端與第一光耦合器(4)的輸入端相連,構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo) 的第二環(huán)形腔激光器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于鈮酸鋰光波導(dǎo)環(huán)形腔的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置,包括沿順時(shí)針?lè)较蛞来喂饴愤B接的第一光耦合器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、PPLN光波導(dǎo)、光隔離器、第二光耦合器和泵浦光波長(zhǎng)選擇器,構(gòu)成內(nèi)置PPLN光波導(dǎo)的環(huán)形腔激光器。PPLN光波導(dǎo)對(duì)信號(hào)光和環(huán)形腔激光器內(nèi)部激射產(chǎn)生的泵浦光進(jìn)行處理,使其發(fā)生非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換空閑光從第二光耦合器輸出。本實(shí)用新型一方面充分利用PPLN光波導(dǎo)中兩種級(jí)聯(lián)二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多種全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能,大大提高了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的靈活性;另一方面利用裝置內(nèi)部的環(huán)形腔激光器產(chǎn)生泵浦光,擺脫了以往對(duì)昂貴的外腔激光器作為外界泵浦光源的依靠,裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn),成本大大降低,而且運(yùn)行可靠。
文檔編號(hào)G02F1/35GK201035285SQ200620163350
公開(kāi)日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者孫軍強(qiáng), 健 王 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)