本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低偏振復(fù)用信號串?dāng)_的全光波長變換裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著云計算、網(wǎng)絡(luò)電視和多點視頻會議等業(yè)務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)容量爆炸性增長。密集波分復(fù)用（densewavelengthdivisionmultiplexing，dwdm）技術(shù)已經(jīng)在光纖通信中應(yīng)用，使得通信骨干傳送網(wǎng)具有很高的頻譜效率。為了提高波分復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)的容量，以及增進網(wǎng)絡(luò)間的信息的交換，需要在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處采用波長變換（wavelengthconversion，wc）技術(shù)，解決波長競爭和網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題。在現(xiàn)在的光通信網(wǎng)中，傳輸部分是在光域里完成的，節(jié)點處的路由和交換采用電的方式。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量和傳輸速率迅速提高時，光-電-光方式會帶來巨大的能耗并受到電子瓶頸現(xiàn)的限制。為了解決這個問題，引入了光子技術(shù)，即在光域上將一個波長信道的信息轉(zhuǎn)換到空閑的一個或多個波長上完成信號的波長變換。全光波長變換可以實現(xiàn)靈活的波長分配和選路，使得網(wǎng)絡(luò)管理更便捷、更智能。

全光波長變換有很多種實現(xiàn)方式，包括利用非線性介質(zhì)如半導(dǎo)體光放大器（soa）或者高非線性光纖（hnlf）中的交叉相位調(diào)制（xpm）效應(yīng)、交叉增益調(diào)制（xgm）效應(yīng)和四波混頻（fwm）效應(yīng)，利用電吸收調(diào)制器（eam）中的交叉吸收調(diào)制（xam）效應(yīng)，利用dfb激光器中飽和吸收效應(yīng)的全光波長變換。其中，四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的光波保留了信號光的相位和幅度信息，是目前惟一能夠?qū)崿F(xiàn)嚴格透明的波長變換技術(shù)。四波混頻過程可以在半導(dǎo)體光放大器和高非線性光纖中實現(xiàn)。相對基于高非線性光纖中的fwm效應(yīng)，基于半導(dǎo)體光放大器中fwm效應(yīng)的全光波長變換技術(shù)具有響應(yīng)時間短，不受光纖色散影響和易于系統(tǒng)集成的優(yōu)點。

為滿足傳送網(wǎng)對大容量傳輸?shù)男枨?，增加單波通信速率成為擴容的另一個重要手段。偏振復(fù)用技術(shù)通過在一個光波長信道中利用其兩個相互正交的偏振態(tài)攜帶不同的信號進行傳輸，在不需要更改原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時，可以平滑的將通信系統(tǒng)中每個信道的數(shù)據(jù)速率提高一倍。同樣，在光交換網(wǎng)的光傳輸節(jié)點處，也需要對偏振復(fù)用信號進行全光波長變換。

目前，對偏振復(fù)用信號進行全光波長變換研究多是實驗方面的報道。經(jīng)對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，giampierocontestabile等人在journaloflightwavetechnology，27（1）:94256-4261,2009上發(fā)表論文“investigationoftransparencyoffwminsoatoadvancedmodulationformatsinvolvingintensityphase,andpolarizationmultiplexing”，中指出了偏振復(fù)用信號全光波長變換的過程中存在信道間的串?dāng)_。然而，文獻中并沒有提出具體的降低串?dāng)_的優(yōu)化方案。由于實際應(yīng)用中的soa其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是各向異性的，自身存在雙折射現(xiàn)象。而在偏振復(fù)用系統(tǒng)中，輸入任意偏振方向的光場，都可以分成兩個部分：與波導(dǎo)方向平行的電磁波（te模）和垂直于波導(dǎo)方向的電磁波（tm模）。雙折射效應(yīng)將導(dǎo)致te模和tm模折射率的差異，從而引起兩種模式之間的相對相移。因此，當(dāng)攜帶偏振復(fù)用信號的光波經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器傳輸后，兩個偏振態(tài)就會發(fā)生模式間相移引起的偏振旋轉(zhuǎn)。在接收端，經(jīng)過光電檢測后，相位旋轉(zhuǎn)引起的串?dāng)_則會轉(zhuǎn)換成強度噪聲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述情況，提出了一種降低偏振復(fù)用信號串?dāng)_的全光波長變換裝置及方法。本發(fā)明基于正交泵浦方式的四波混頻效應(yīng)，采用偏振分集的結(jié)構(gòu)，在兩個半導(dǎo)體光放大器中分別獨立的實現(xiàn)每個偏振方向上信號的波長變換，可以消除偏振旋轉(zhuǎn)帶來的偏振復(fù)用信號間的串?dāng)_，優(yōu)化系統(tǒng)的性能。

本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明提出的降低偏振串?dāng)_的全光波長變換裝置包括：第一激光源、第二激光源、第三激光源、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一半導(dǎo)體光放大器、第二半導(dǎo)體光放大器、第一馬赫-曾德爾調(diào)制器、第二馬赫-曾德爾調(diào)制器、第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、第四光耦合器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第一可調(diào)諧光濾波器、第二可調(diào)諧光濾波、第一光電檢測器、第二光電檢測器。

所述第一激光源（ld1）的輸出端連接所述第一偏振控制器（pc1）的輸入端；所述第一偏振控制器的輸出端連接所述第一偏振分束器的輸入端；所述第二激光源（ld2）的輸出端連接所述第二偏振控制器（pc2）的輸入端；所述第二偏振控制器的輸出端連接所述第二偏振分束器的輸入端；所述第三激光源（ld3）的輸出端連接所述第三偏振控制器的輸入端；所述第三偏振控制器（pc3）的輸出端連接所述第三偏振分束器的輸入端；所述第三偏振控制器的兩個輸出端口分別連接所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm1）和所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm2）的輸入端；所述第一基帶信號(data1)和第二基帶信號(data2)分別通過所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器和第二馬赫-曾德爾調(diào)制器進行電光調(diào)制；所述第一偏振分束器的第一輸出端口通過所述第一光耦合器（oc1）連接所述第二偏振分束器的第二輸出端口；所述第一偏振分束器的第二輸出端口通過所述第二光耦合器（oc2）連接所述第二偏振分束器的第一輸出端口；所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器的輸出端口通過所述第三光耦合器（oc3）連接所述第二光耦合器輸出端口；所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器的輸出端口通過所述第四光耦合器（oc4）連接所述第一光耦合器輸出端口；所述第三光耦合器（oc3）輸出端口連接所述第一半導(dǎo)體光放大器（soa1）的輸入端；所述第四光耦合器輸出端口連接所述第二半導(dǎo)體光放大器（soa2）的輸入端；所述第一半導(dǎo)體光放大器輸出端口連接所述第一可調(diào)諧光濾波器（tof1）的輸入端；所述第二半導(dǎo)體光放大器輸出端口連接所述第二可調(diào)諧光濾波器（tof2）的輸入端；所述第一可調(diào)諧光濾波器（tof1）的輸出端口連接所述第一光電檢測器（pd1）；所述第二可調(diào)諧光濾波器（tof2）的輸出端口連接所述第二光電檢測器（pd2）。

本發(fā)明提出的降低偏振串?dāng)_的全光波長變換方法包括以下步驟：

步驟一、第一激光源輸出頻率為的連續(xù)光波，輸入所述第一偏振控制器，調(diào)節(jié)所述第一偏振控制器使光波的偏振態(tài)與所述第一偏振分束器的主軸成45°夾角，被所述第一偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波后，分別由所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器和所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器將第一基帶信號（data1）和第二基帶信號（data2）調(diào)制到兩路相互正交的光波上,產(chǎn)生偏振復(fù)用信號光；

步驟二、第二激光源輸出頻率為的連續(xù)光波作為第一泵浦光輸入到所述第二偏振控制器，由所述第二偏振控制器調(diào)節(jié)光波的偏振態(tài)與所述第二偏振分束器的主軸成45°夾角，被所述第二偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波；第三激光源輸出頻率為的連續(xù)光波作為第二泵浦光輸入到所述第三偏振控制器，由所述第三偏振控制器調(diào)節(jié)光波的偏振方向與所述第三偏振分束器的主軸成45°夾角，被所述第三偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波；

步驟三、通過所述第一光耦合器將所述第一偏振分束器的第一輸出端口的輸出（x方向的光波）與所述第二偏振分束器的第二輸出端口的輸出（y方向的光波）耦合；通過所述第二光耦合器將所述第一偏振分束器的第二輸出端口的輸出（y方向的光波）與所述第二偏振分束器的第一輸出端口的輸出（x方向的光波）耦合；通過所述第三光耦合器將所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器的輸出端口的輸出（y方向的光波）與所述第二光耦合器的輸出耦合；通過所述第四光耦合器將所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器的輸出（x方向的光波）與所述第一光耦合器的輸出耦合；

步驟四、所述第三光耦合器的輸出送入所述第一半導(dǎo)體光放大器進行波長變換，經(jīng)過四波混頻的作用產(chǎn)生頻率為的攜帶第二基帶信號（data2）的轉(zhuǎn)換光；所述第四光耦合器的輸出送入所述第二半導(dǎo)體光放大器的輸入端進行波長變換，經(jīng)過四波混頻的作用產(chǎn)生頻率為的攜帶第一基帶信號（data1）的轉(zhuǎn)換光；

步驟五、所述第一半導(dǎo)體光放大器的輸出送入所述第一可調(diào)諧光濾波器的輸入端，頻率為的攜帶第二基帶信號（data2）的轉(zhuǎn)換光被濾取后送入所述第一光電檢測器進行光電檢測；所述第二半導(dǎo)體光放大器輸出送入所述第二可調(diào)諧光濾波器的輸入端，頻率為的攜帶第一基帶信號（data1）的轉(zhuǎn)換光被濾取后送入所述第二光電檢測器進行光電檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明波長變換后的光譜圖；圖3是本發(fā)明波長變換后轉(zhuǎn)換光上兩個偏振態(tài)的信號眼圖；從圖3可以看出產(chǎn)生了頻率為193.34thz轉(zhuǎn)換光；圖4是根據(jù)文獻【giampierocontestabile，“investigationoftransparencyoffwminsoatoadvancedmodulationformatsinvolvingintensityphase,andpolarizationmultiplexing”，journaloflightwavetechnology，27（1）:4256-4261,2009】中波長變換系統(tǒng)得到的轉(zhuǎn)換光上兩個偏振態(tài)的信號眼圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實驗例子和附圖，對本發(fā)明作具體說明。

如圖1所示，本實施例中，裝置包括：激光源、偏振控制器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、光耦合器、半導(dǎo)體光放大器、偏振分束器、可調(diào)諧光濾波器、光電檢測器。

本實例中，方法的具體實施步驟是：

步驟一、第一激光源（ld1）輸出頻率為193.1thz的連續(xù)光波作為信號光輸入到所述第一偏振控制器（pc1），由所述第一偏振控制器調(diào)節(jié)光波的偏振方向與所述第一偏振分束器的主軸成45°夾角，被所述第一偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波，并分別送入所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm1）和所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm2），數(shù)據(jù)速率為2.5gb/s的第一基帶信號和數(shù)據(jù)速率為2.5gb/s的第二基帶信號分別經(jīng)過所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器和所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器調(diào)制到兩路相互正交的光波上，產(chǎn)生5gb/s的偏振復(fù)用信號光；

步驟二、第二激光源（ld2）輸出頻率為193.2thz的連續(xù)光波作為第一泵浦光輸入到所述第二偏振控制器（pc2），由所述第二偏振控制器調(diào)節(jié)光波的偏振方向與所述第二偏振分束器（pbs2）的主軸成45°夾角，被所述第二偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波；第三激光源（ld3）輸出頻率為193.24thz的連續(xù)光波作為第二泵浦光輸入所述第三偏振控制器（pc3），由所述第三偏振控制器調(diào)節(jié)光波的偏振方向與所述第三偏振分束器的主軸成45°夾角，被所述第三偏振分束器分成偏振態(tài)相互正交（x方向和y方向）的兩路光波；

步驟三、通過所述第一光耦合器（oc1）將所述第一偏振分束器的第一輸出端口的輸出（x方向的光波）與所述第二偏振分束器的第二輸出端口的輸出（y方向的光波）耦合；通過所述第二光耦合器（oc2）將所述第一偏振分束器的第二輸出端口的輸出（y方向的光波）與所述第二偏振分束器的第一輸出端口的輸出（x方向的光波）耦合；通過所述第三光耦合器（oc3）將所述第二馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm2）的輸出端口的輸出與所述第二光耦合器的輸出耦合；通過所述第四光耦合器將所述第一馬赫-曾德爾調(diào)制器（mzm1）的輸出與所述第一光耦合器的輸出耦合；

步驟四、所述第三光耦合器（oc3）的輸出送入所述第一半導(dǎo)體光放大器（soa1）進行波長變換，所述第一半導(dǎo)體光放大器的注入電流設(shè)置為0.35a，經(jīng)過四波混頻后產(chǎn)生頻率為193.34thz的攜帶第二基帶信號（data2）的轉(zhuǎn)換光；所述第四光耦合器（oc4）的輸出送入所述第二半導(dǎo)體光放大器（soa2）進行波長變換，所述第二半導(dǎo)體光放大器的注入電流設(shè)置為0.35a，經(jīng)過四波混頻后產(chǎn)生頻率為193.34thz的攜帶第一基帶信號（data1）的轉(zhuǎn)換光；

步驟五、所述第一半導(dǎo)體光放大器（soa1）的輸出送入所述第一可調(diào)諧光濾波器（tof1）的輸入端，頻率為193.34thz的攜帶第二基帶信號（data2）的轉(zhuǎn)換光被濾取后送入所述第一光電檢測器（pd1）進行光電檢測；所述第二半導(dǎo)體光放大器的輸出送入第二可調(diào)諧光濾波器（tof2）的輸入端，頻率為193.34thz的轉(zhuǎn)換光信號被濾取后送入所述第二光電檢測器（pd2）進行光電檢測。

圖2為本發(fā)明波長變換后的光譜圖；圖3是本發(fā)明波長變換后轉(zhuǎn)換光上兩個偏振態(tài)的信號眼圖；從圖3可以看出產(chǎn)生了頻率為193.34thz轉(zhuǎn)換光；圖4是根據(jù)文獻【giampierocontestabile，“investigationoftransparencyoffwminsoatoadvancedmodulationformatsinvolvingintensityphase,andpolarizationmultiplexing”，journaloflightwavetechnology，27（1）:4256-4261,2009】中波長變換系統(tǒng)得到的轉(zhuǎn)換光兩個偏振態(tài)上的信號眼圖。圖2（b）中轉(zhuǎn)換光信號眼圖的“眼皮”要薄一些，圖2（c）中轉(zhuǎn)換光信號眼圖的“眼皮”要厚一些,這表示圖2（c）中的轉(zhuǎn)換光信號中噪聲較大，這些噪聲來自于偏振復(fù)用信號間的串?dāng)_。從圖2（b）和圖2（c）對比可以看出，采用本發(fā)明的裝置和方法得到的信號眼圖質(zhì)量更好，系統(tǒng)性能得到提升。

主要技術(shù)優(yōu)勢

本發(fā)明采用偏振分集的結(jié)構(gòu)，利用偏振分束器分別將兩個泵浦光和信號光都分成相互正交的偏振模，在每個半導(dǎo)體光放大器中獨立的實現(xiàn)一個偏振方向上信號的波長變換，降低復(fù)用信道間串?dāng)_帶來的損傷，提高了波長變換系統(tǒng)的性能。