專利名稱：調(diào)制非穩(wěn)定性波長(zhǎng)變換器的制作方法
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)的基礎(chǔ)是1997年7月1日申請(qǐng)的臨時(shí)申請(qǐng)S.N.60/051,386，該申請(qǐng)日要求作為本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日。
本申請(qǐng)涉及利用色散移位(dispersion shifted)波導(dǎo)光纖中的調(diào)制非穩(wěn)定性(MImodulational instability)變換波導(dǎo)中傳播的光信號(hào)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)變換器。尤其是，這種新穎的波長(zhǎng)變換器使用高度非線性波導(dǎo)光纖在寬的帶寬上高效、低泵功率獲得波長(zhǎng)變換。在與本主題申請(qǐng)相同申請(qǐng)日的另一申請(qǐng)中揭示了一種高非線性的波導(dǎo)光纖并要求專利保護(hù)。
調(diào)制非穩(wěn)定性(MI)是相位自匹配(self phase matched)參量放大，其中，非線性折射系數(shù)用于補(bǔ)償泵脈沖與信號(hào)及變換后脈沖間的波矢量失配。也即，非線性波導(dǎo)(其中，泵脈沖和信號(hào)脈沖疊加)改變了泵脈沖的波矢量使泵光能轉(zhuǎn)移到變換后波長(zhǎng)的脈沖和信號(hào)脈沖。在1982年出版的量子電子學(xué)雜志QE-18卷1062-1072頁由R.H.斯托倫和J.C比杰克霍爾姆等著的“參量放大和頻率變換”一文中對(duì)這種變換現(xiàn)象有更透徹的說明。
通常，MI有比基于四波混頻更高的變換效率。MI裝置的變換效率隨波導(dǎo)(變換器波導(dǎo))長(zhǎng)度呈指數(shù)增加，該波導(dǎo)中信號(hào)和泵脈沖相互作用。MI裝置的帶寬也能通過改變泵脈沖振幅來調(diào)整，由此改變非線性折射系數(shù)。
MI裝置的附加優(yōu)點(diǎn)是它工作在色散與波長(zhǎng)整個(gè)曲線的反常色散區(qū)。術(shù)語“反常區(qū)”是指色散曲線上短波長(zhǎng)光在波導(dǎo)中的傳輸比長(zhǎng)波長(zhǎng)光快的區(qū)段。按慣例，色散符號(hào)通常取反常區(qū)為正。在所謂的色散曲線的正常區(qū)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)傳輸越快，且色散為負(fù)。于是，泵波長(zhǎng)比變換器波導(dǎo)的零色散波長(zhǎng)長(zhǎng)。在變換器波導(dǎo)光纖中正常制造的變化不會(huì)導(dǎo)致泵或信號(hào)波長(zhǎng)落入變換器波導(dǎo)的正常色散區(qū)，由此切斷參量放大。變換后的脈沖和信號(hào)脈沖兩者可有反常色散區(qū)中的波長(zhǎng)，使得孤波放大(soliton amplification)和切換成為可能，并且信號(hào)脈沖波長(zhǎng)可小于或大于泵脈沖波長(zhǎng)。
在該申請(qǐng)中揭示的變換器裝置可有完整的光纖結(jié)構(gòu)，于是可充分利用成熟的波導(dǎo)光纖技術(shù)及諸如連接，接合，耦合，濾波等相關(guān)的技術(shù)。
根據(jù)多節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中結(jié)合的快速發(fā)展的高數(shù)據(jù)速率的需求，越來越迫切需要采用容易得到的元器件構(gòu)成有效、寬頻帶的波長(zhǎng)變換器。
發(fā)明概述本發(fā)明滿足波長(zhǎng)變換器的如下需要-高變換效率；-在覆蓋摻鉺雜質(zhì)的光纖放大器的增益頻帶的整個(gè)調(diào)諧范圍上具有均勻的變換效率，該范圍約在1530nm-1565nm；-全波導(dǎo)光纖設(shè)計(jì)；和-相當(dāng)?shù)偷谋霉β室螅?00mW數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明中要論證的是根據(jù)在低色散高非線性(Hi-NL)光纖中感應(yīng)的調(diào)制非穩(wěn)定性(MI)以低泵功率進(jìn)行高效波長(zhǎng)變換。使用帶有峰值功率約為600mW的脈沖泵在整個(gè)40nm帶寬上獲得了峰值變換效率為+28dB。通過使用有效非線性增加到～5X倍的720m的色散移位(DS)光纖，可以比先前報(bào)告過的更低泵功率獲得更高出10dB的峰值變換效率和5nm寬的帶寬。參見M.E.馬赫克，N.凱幾，T.K.蔣，和L.G.卡索夫斯幾等著，光學(xué)通訊，21期573頁1996年(Opt.Lett.，21，537(1996))。
本發(fā)明第一方面是提供一種波長(zhǎng)變換裝置，該裝置包含傳輸信號(hào)脈沖的單模波導(dǎo)光纖和傳輸泵脈沖的第二波導(dǎo)光纖。這兩個(gè)波導(dǎo)分別光連接到耦合器的第一和第二輸入口。選擇該耦合器將信號(hào)脈沖和泵脈沖兩者耦連到單個(gè)輸出口。第三單模波導(dǎo)光纖與該單個(gè)輸出口光連接用于接收所述信號(hào)和泵的光脈沖。信號(hào)和泵脈沖在時(shí)間上相互分開，使兩組脈沖在它們傳輸?shù)牡谌饫w中至少部分傳輸時(shí)間上相互至少部分重疊。該第三波導(dǎo)的特征是具有大于約3(W-km)-1的非線性常數(shù)和零色散波長(zhǎng)λO。泵脈沖波長(zhǎng)λP大于λO。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，通過信號(hào)光但反射或吸收泵光的濾波器插入第三波導(dǎo)的末端部分。帶通濾波器可以是諸如波導(dǎo)光纖柵(waveguide fibergrating)，波長(zhǎng)依變偏振鏡(wavelength dependent polarizer)，或平衡反射泵光波長(zhǎng)和傳輸信號(hào)光波長(zhǎng)的非線性光環(huán)鏡(non-linear opticalloop mirror)等?？梢允褂猛获詈掀骰蚋髯缘鸟詈掀鲗⑿盘?hào)和泵光耦合到非線性光環(huán)鏡，這取決于用什么樣的結(jié)構(gòu)與整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最相容。
在光波長(zhǎng)變換器的實(shí)施例中，第三波導(dǎo)在范圍約1500nm至1550nm有零色散波長(zhǎng)λO。最佳范圍在約1520nm至1540nm。
在本發(fā)明該方面的另一實(shí)施例中，變換后的波長(zhǎng)λV遵從不等式λV＞λP＞λS＞λO。對(duì)于另一實(shí)施例，變換后的波長(zhǎng)λW可以是λS＞λP＞λW＞λO。
在兩組脈沖的偏振匹配情況下，可提高信號(hào)光脈沖和泵光脈沖在第三單模波導(dǎo)中的相互作用。于是，本發(fā)明一較佳實(shí)施例在第一或第二波導(dǎo)光纖中包括偏振控制器。
第三波導(dǎo)的較佳特性是在范圍約0.03ps/nm2-km至0.10ps/nm2-km的λO附近的斜率和在范圍約3(W-km)-1至13(W-km)-1的非線性常數(shù)。
本發(fā)明的第二方面是除了第一波導(dǎo)光纖包含第一段和第二段外其余按第一方面構(gòu)成的波長(zhǎng)變換裝置，第一段在單脈沖傳輸方向中總的色散減少，而第二段具有實(shí)質(zhì)上不變的總的線性色散。
本發(fā)明這一方面的性能參數(shù)是-在范圍約30nm-50nm的波長(zhǎng)變換帶寬；和-在范圍約25dB-30dB的峰值波長(zhǎng)變換效率；其中，在約3(W-km)-1-13(W-km)-1范圍內(nèi)第三波導(dǎo)有非線性常數(shù)，而對(duì)于泵脈沖，在約550mW-650mW范圍內(nèi)有峰值功率。
在一較佳實(shí)施例中，第三波導(dǎo)在λO附近的色散斜率在約0.03ps/nm2-km-0.10ps/nm2-km范圍內(nèi)。
本發(fā)明再一方面提供一種通過將信號(hào)脈沖發(fā)送給第一單模波導(dǎo)和將泵脈沖發(fā)送給第二單模波導(dǎo)光纖來變換光信號(hào)脈沖波長(zhǎng)的方法。泵脈沖和信號(hào)脈沖耦連到第三單模波導(dǎo)，在那里兩脈沖在渡過第三波導(dǎo)的至少部分時(shí)間上交疊。在第三波導(dǎo)中泵和信號(hào)脈沖共同作用，將泵光能變換為波長(zhǎng)不同于泵或信號(hào)脈沖的光能。通過選擇第三波導(dǎo)能有效地變換波長(zhǎng)，在該波導(dǎo)中，零色散波長(zhǎng)小于泵波長(zhǎng)，且非線性常數(shù)在3(W-km)-1-13(W-km)-1內(nèi)。阻止泵光通行的濾波器光耦連到與耦合器位置隔開的部分第三波導(dǎo)，該耦合器將光從第一第二波導(dǎo)耦合到第三波導(dǎo)。第三波導(dǎo)的特性如以上所定義。
信號(hào)脈沖可采用第一波導(dǎo)有利于整形，第一波導(dǎo)有總線性色散下降段或部分，和總線性色散基本不變的段。如上所述，通過在第一或第二波導(dǎo)中設(shè)置偏振匹配裝置可使信號(hào)和泵脈沖之間的相互作用最佳。
附圖概述

圖1a和4是波長(zhǎng)變換器工作的原理圖。
圖1b和1c為使用圖1a波長(zhǎng)變換器進(jìn)行測(cè)量的相應(yīng)增益和變換效率曲線圖。
圖2是相對(duì)于波長(zhǎng)繪制的總色散曲線圖。
圖3a-d是波長(zhǎng)變換器實(shí)施例的原理圖。
圖5功率變換效率相對(duì)于泵功率的曲線圖。
圖6功率變換效率相對(duì)于泵波長(zhǎng)與變換后波長(zhǎng)間間隔的曲線圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明波長(zhǎng)變換通過啟動(dòng)波長(zhǎng)再用(wavelength reuse)、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)接(dynamicswitching)和路由選擇，增強(qiáng)了波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議(routingprotocols)的容量和靈活性。這也是一種用于時(shí)分復(fù)用與波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)接口間網(wǎng)關(guān)的基本技術(shù)。波長(zhǎng)變換方案的核心性能指標(biāo)包括變換效率，我們將其定義為變換功率對(duì)輸入信號(hào)功率的比。
此外，以MI參數(shù)處理為基礎(chǔ)的變換器能支持幾乎不受限制的比特率并且對(duì)信號(hào)調(diào)制格式是很顯而易見的，這是因?yàn)樵谧鳛镸I波長(zhǎng)變換器的石英玻璃中對(duì)第三級(jí)非線性的響應(yīng)幾乎是瞬間的。
在波長(zhǎng)變換器中使用MI具有上面所列優(yōu)點(diǎn)。該變換器的通用性是從控制脈沖振幅選擇變換后波長(zhǎng)這一特性導(dǎo)出的。
在圖1實(shí)施例中，波長(zhǎng)變換器具有鉺摻雜環(huán)激光器2，作為信號(hào)支路1和泵支路3的共用源。該源功率在兩支路1和3之間用分束器4分開。信號(hào)支路1包含色散減少的波導(dǎo)光纖6，光纖6終接于光帶通濾波器5。濾波后的信號(hào)由鉺摻雜光纖放大器12放大，然后通過階躍折射率光纖14傳輸。
泵支路3包含階躍折射率波導(dǎo)8，傳輸泵脈沖到鉺摻雜放大器10。放大后的脈沖通過可變時(shí)間延遲裝置16，可變衰減器裝置18和偏振控制器20。該延遲裝置的設(shè)置是為了信號(hào)和泵脈沖在波導(dǎo)24中重疊。該衰減器用來選擇變換后脈沖的功率。偏振控制器對(duì)信號(hào)和泵脈沖的偏振進(jìn)行匹配以確保兩脈沖的最佳相互作用。這些裝置-可變延遲裝置，可變光衰減器和偏振控制器是公知技術(shù)，在市場(chǎng)上可買到，因此這里不進(jìn)一步討論。
信號(hào)和泵脈沖耦合到具有相當(dāng)高非線性系數(shù)的波導(dǎo)光纖24。通過波導(dǎo)24的長(zhǎng)度，泵脈沖的光能轉(zhuǎn)移到波長(zhǎng)變換后的脈沖并轉(zhuǎn)移到原來的信號(hào)脈沖。窄帶光帶通濾波器23阻止波導(dǎo)24來的泵信號(hào)的傳輸，而將信號(hào)脈沖和波長(zhǎng)變換后的脈沖傳遞到分束器(splitter)27，將一部分信號(hào)和變換后的脈沖能量導(dǎo)向光譜分析器28和光檢測(cè)器26，將電信號(hào)發(fā)送給測(cè)量裝置30。
所有波長(zhǎng)在圖2的反常區(qū)32，其中，總色散曲線34表明波長(zhǎng)增加時(shí)增加色散。
例-圖1波長(zhǎng)變換器的性能環(huán)激光器2被鎖定模式，提供波長(zhǎng)為1546nm的2.5ps脈沖的13.3MHz列。分束器4相應(yīng)地在信號(hào)支路1與泵支路3之間提供70/30的分束比。脈沖在1.2km的色散減少的波導(dǎo)光纖6中產(chǎn)生連續(xù)光譜。波導(dǎo)6的零色散波長(zhǎng)在1530nm-1550nm范圍。帶通濾波器5具有約2nm的帶寬，用于從該連續(xù)光譜選擇特定的波長(zhǎng)脈沖，再用放大器12放大到12μW。在約2km的標(biāo)準(zhǔn)階躍折射率的波導(dǎo)14中該信號(hào)脈沖色散到65ps的寬度上。
在泵支路3中，通過標(biāo)準(zhǔn)階躍折射率波導(dǎo)8激光脈沖色散到30ps的寬度上，由放大器10放大到平均功率為600μW。
泵脈沖受延遲器16，衰減器18和偏振控制器20的制約通過3dB耦合器22耦連到波導(dǎo)24。波導(dǎo)24長(zhǎng)度為1.85km，在1524nm具有零色散并具有非線性系數(shù)9.9(W-km)-1。在1546nm測(cè)量的總色散為1.05ps/nm-km。信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)經(jīng)0.9nm帶通濾波器23選擇并在快速光二極管26檢測(cè)后傳遞到振蕩器30。根據(jù)振蕩器振幅的測(cè)量對(duì)變換效率提供功率增益的測(cè)定。通過測(cè)量激光重復(fù)率的脈沖可消除任何ASE。
在任意單位中的實(shí)驗(yàn)增益如圖1b中10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)36所示。圖1b中實(shí)線所示理論增益相對(duì)于信號(hào)和泵波長(zhǎng)的間隔作成曲線。圖1c中實(shí)線所示理論變換效率相對(duì)于信號(hào)和泵波長(zhǎng)的波長(zhǎng)間隔作成曲線。請(qǐng)注意，圖1c中變換效率數(shù)據(jù)點(diǎn)38與理論曲線40能很好吻合。
通過下面的討論能理解增益和變換效率的分析含義?；贛I的波長(zhǎng)變換的帶寬和效率取決于非線性支援的傳播矢量的相位匹配和非線性感應(yīng)的參量增益。如果共同傳播的信號(hào)、變換后的波長(zhǎng)和泵的傳播常數(shù)分別為ks、ka和kp，那么線性相位失配為Δk＝ks+ka-kp。相位失配與感應(yīng)非線性為(1) k＝Δk+2γP其中γ=2πλpn2Aeff]]>是光纖的非線性系數(shù)，λp是泵波長(zhǎng)，n2是非線性折射率，Aeff是有效模埸區(qū)，P是泵功率。參量增益由下式給出(2)---g=(γp)2-[κ2]2]]>并代表與-4γp＜Δk＜0相對(duì)應(yīng)的整個(gè)變換帶寬的實(shí)際增益。參見4.R.H.斯托倫和J.E比焦克霍爾姆.IEEE J.量子電子，QE-18期，1062頁(1982)。如果Δk對(duì)于泵波長(zhǎng)展開到第三級(jí)且泵波長(zhǎng)位于零色散波長(zhǎng)(λO)附近，則它可表達(dá)為(3)----Δk≈-2πcλp2[dDdλ|λ0(λp-λ0)](Δλ)2]]>其中
為光纖的第三級(jí)色散，而Δλ＝(λp-λa)＝(λs-λp)描述了泵和信號(hào)或變換后波長(zhǎng)間的波長(zhǎng)間隔，是變換帶寬的一半。等式(2)和(3)遵守g是實(shí)數(shù)的要求，表明經(jīng)過參量增益的變換帶寬的非線性顯函數(shù)關(guān)系為Δλ∝2(γp)1/2。
假設(shè)對(duì)泵、信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)為單模傳播和相同的偏振，則MI變換效率為(4)----η=Pa(L)Ps(O)=(γPg)2sinh2(gL)]]>其中L是光纖長(zhǎng)度。等式(4)的導(dǎo)出忽略了泵的減壓，光纖損耗，競(jìng)相非線性處理(competing nonlinear processes)，和當(dāng)泵和信號(hào)脈沖化時(shí)兩者之間的失步(walk-off)。由于這些作用減低了增益，故(4)中的變換效率是實(shí)際上的最大值。在固定相位匹配條件下(即，對(duì)于Δk＝-2γP)，變換效率對(duì)于非線性的顯函數(shù)為η∝sinh2(γPL)。
比較例-圖4波長(zhǎng)變換器的性能圖4波長(zhǎng)變換器的信號(hào)支路50采用彩色中心激光器42，用調(diào)制器44調(diào)制振幅，并連接到3dB耦合器46。輸入信號(hào)功率約為1mW。
鉺光纖環(huán)激光器提供泵支路60，具有波長(zhǎng)為1534.6nm的2.5ps脈沖的13.3MHz列。在4km長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)階躍折射率的單模波導(dǎo)52中這些脈沖被加寬到約100ps。鉺光放大器54將脈沖放大到平均功率4mW。泵脈沖經(jīng)2nm帶通濾波器56濾波，通過可變衰減器58和偏振控制器62使與信號(hào)脈沖的交互作用達(dá)最佳，再連接到3dB耦合器46。耦合器46將信號(hào)和泵脈沖耦合到波導(dǎo)光纖64，其中，泵脈沖的功率轉(zhuǎn)移到信號(hào)脈沖和變換后的波長(zhǎng)脈沖。
波導(dǎo)64具有零色散波長(zhǎng)1534nm，非線性常數(shù)9.9(W-km)-1，和長(zhǎng)度720m。波導(dǎo)64的衰減約為0.6Db/km，色散斜率為0.05ps/nm2-km。請(qǐng)注意，低色散斜率改善了波長(zhǎng)變換器的關(guān)于變換波長(zhǎng)帶寬的性能。分束器66發(fā)送部分信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)信號(hào)到光譜分析器70。信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)功率的剩下部分經(jīng)2nm帶通濾波器68濾波，由快速光二極管72檢測(cè)，該二極管將電信號(hào)發(fā)送給示波器74。
變換效率，即圖4中裝置的變換后信號(hào)功率與輸入信號(hào)功率之比，如圖5中數(shù)據(jù)點(diǎn)78所示，隨泵功率增加而迅速增加。變換效率的飽和是由于非線性感應(yīng)泵和信號(hào)脈沖加寬和出現(xiàn)大量更高階變換波長(zhǎng)。實(shí)線曲線76是建立在上面所給變換效率等式基礎(chǔ)上的理論曲線，并假定信號(hào)對(duì)泵波長(zhǎng)間隔為10.4nm。
作為泵脈沖和信號(hào)脈沖波長(zhǎng)間隔的函數(shù)的變換效率如圖6所示。請(qǐng)注意，最大變換效率為28dB，有效變換帶寬為約40nm。這些結(jié)果使用約600mW的泵功率能方便獲得，振幅量級(jí)不超過已有技術(shù)中所報(bào)導(dǎo)的。如先前所述，實(shí)線曲線80是dB表達(dá)的變換效率。數(shù)據(jù)點(diǎn)82能很好地與理論曲線80相吻合。
應(yīng)當(dāng)看到，可使用圖1a和圖4所示基本光路的大量變化例來實(shí)施本發(fā)明。例如，圖3a示出用耦合器92將信號(hào)波導(dǎo)84和泵波導(dǎo)86耦合到具有高非線性系數(shù)的色散移位波導(dǎo)88的例子。色散移位波導(dǎo)在泵波長(zhǎng)的總色散可方便地做到約0.4 ps/nm2-km。濾波器92傳送信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)，但阻止泵波長(zhǎng)。
圖3b所示實(shí)施例除了偏振濾波器94外，與圖3a的相同，該濾波器94阻止泵波長(zhǎng)，插接在波導(dǎo)88的端部，剛好在濾波器92之前。在該實(shí)施例中，能夠改善發(fā)送的原始信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)信號(hào)的強(qiáng)度的濾波器92可不需要。
圖3c的實(shí)施例將色散移位波導(dǎo)組合到非線性光環(huán)鏡96中。選擇耦合器98在順時(shí)針方向中繞環(huán)傳播原始信號(hào)，而且泵信號(hào)的耦合使得在順時(shí)針和反時(shí)針各方向中各傳播一半泵功率。泵波長(zhǎng)濾波器92反射泵光在環(huán)鏡底部回到耦合器，于是，從沿連續(xù)光通信鏈路傳播的信號(hào)光中濾除泵光。
采用非線性環(huán)鏡的另一變化結(jié)構(gòu)顯示在圖3d中。在這種情況下，泵功率耦合到環(huán)96的底部，并被分束在順時(shí)針和反時(shí)針兩方向中沿環(huán)鏡傳播。在濾波器92用來返回未用過的泵功率引環(huán)鏡之前，信號(hào)84在環(huán)上空間隔離泵功率耦合器的點(diǎn)上傳播。信號(hào)在順時(shí)針方向繞環(huán)傳播，與泵光相互作用，且信號(hào)和變換后的波長(zhǎng)信號(hào)經(jīng)耦合器100耦合，離開環(huán)鏡并繼續(xù)沿波導(dǎo)102傳播。
高密度網(wǎng)絡(luò)中的MI波長(zhǎng)變換器裝置可大量應(yīng)用于所有級(jí)別的電信結(jié)構(gòu)。由于這種新穎的波長(zhǎng)變換器具有原始信號(hào)和波長(zhǎng)變換后的信號(hào)兩種輸出，故該裝置還可應(yīng)用于邏輯電路中。
因此，這種新穎的變換器具有如下優(yōu)點(diǎn)-允許使用已有波導(dǎo)和波導(dǎo)元件及連接技術(shù)的所有波導(dǎo)光纖結(jié)構(gòu)；-在低泵功率上具有高效率；-寬帶寬；和-滿足各種要求的優(yōu)良的通用性。
本發(fā)明論證了至少在40nm上的波長(zhǎng)變換，通過在色散移位光纖中使用感應(yīng)調(diào)制的非穩(wěn)定性，在600mW的泵功率具有28dB的峰值效率，即，λO移位靠近1550nm工作窗口，有效非線性增強(qiáng)5X倍。非線性增強(qiáng)把泵功率要求減少到1/5，且對(duì)相同的變換帶寬在已有技術(shù)的DS光纖的對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度上將峰值功率改善900倍。
雖然這里揭示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求書加以限定。
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)變換裝置，包含具有至少第一和第二輸入口及至少第一輸出口的耦合器；與第一輸入口相連的第一單模波導(dǎo)光纖，用于傳播波長(zhǎng)為λs的信號(hào)光脈沖；與第二輸入口相連的第二單模波導(dǎo)光纖，用于傳播波長(zhǎng)為λp的泵光脈沖；所述信號(hào)脈沖和所述泵脈沖通過第一輸出口離開所述耦合器，第一輸出口連接具有零色散波長(zhǎng)λo的第三單模波導(dǎo)光纖的第一端，所述信號(hào)脈沖和泵脈沖同步，在第三波導(dǎo)光纖中它們的至少部分傳輸時(shí)間上至少部分重疊；其中，λp大于λo且第三波導(dǎo)的特征在于非線性常數(shù)大于3(W-km)-1。
2.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，第三波導(dǎo)具有第二端，且所述波長(zhǎng)變換裝置進(jìn)一步包含濾波裝置，在第三波導(dǎo)第二端附近操作耦連到第三波導(dǎo)，用于阻止波長(zhǎng)為λp的光進(jìn)一步在第三波導(dǎo)光纖中傳播。
3.如權(quán)利要求2所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，所述濾波裝置是光帶通濾波器，選擇反射波長(zhǎng)為λp的光。
4.如權(quán)利要求2所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，所述濾波裝置是平衡反射波長(zhǎng)λp光和發(fā)送波長(zhǎng)λs光的非線性光環(huán)鏡。
5.如權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，波長(zhǎng)λp光和波長(zhǎng)λs光通過同一耦合器耦連到所述環(huán)鏡。
6.如權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，波長(zhǎng)λp光和波長(zhǎng)λs光通過各自的耦合器耦連到所述環(huán)鏡。
7.如權(quán)利要求2所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，所述濾波裝置是傳遞λs和反射λp的波長(zhǎng)相關(guān)偏振鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，第三波導(dǎo)在1500nm到1550nm范圍具有λo。
9.如權(quán)利要求8所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，第三波導(dǎo)在1520nm到1540nm范圍具有λo。
10.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，所述信號(hào)光變換為具有波長(zhǎng)λv的光，且λv＞λp＞λs＞λo。
11.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，所述信號(hào)光變換為具有波長(zhǎng)λv的光，且λs＞λp＞λw＞λo。
12.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含在第一或第二單模波導(dǎo)光纖中的偏振控制器，用以在第三波導(dǎo)中改進(jìn)泵光脈沖與信號(hào)光脈沖的相互作用。
13.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，其中，第三波導(dǎo)中總的線性色散斜率在λo波長(zhǎng)附近時(shí)在約0.03ps/nm2-km至0.10ps/nm2-km范圍。
14.如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，其中，第三波導(dǎo)中非線性常數(shù)在約3(W-km)-1至13(W-km)-1范圍。
15.一種波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，包含具有至少第一和第二輸入口及至少第一輸出口的耦合器；與第一輸入口相連的第一單模波導(dǎo)光纖，用于傳播波長(zhǎng)為λs的信號(hào)光脈沖；與第二輸入口相連的第二單模波導(dǎo)光纖，用于傳播波長(zhǎng)為λp的泵光脈沖；所述信號(hào)脈沖和所述泵脈沖通過第一輸出口離開所述耦合器，第一輸出口連接具有零色散波長(zhǎng)λo的第三單模波導(dǎo)光纖的第一端，所述信號(hào)脈沖和泵脈沖同步，在第三波導(dǎo)光纖中它們的至少部分傳輸時(shí)間上至少部分重疊；其中，λp大于λo，且第一波導(dǎo)光纖包含總線性色散在光傳播方向中下降的第一單模波導(dǎo)段和具有總線性色散實(shí)質(zhì)上不變的第二單模波導(dǎo)段。
16.如權(quán)利要求15所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，其中，泵光脈沖在約550mW-650mW范圍具有峰值功率，發(fā)生波長(zhǎng)變換的帶寬在約30nm-50nm范圍，峰值波長(zhǎng)變換效率在約25dB-30dB范圍，和第三波導(dǎo)非線性常數(shù)在約3(W-km)-1-13(W-km)-1范圍。
17.如權(quán)利要求15所述的波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，第三波導(dǎo)在λo附近的總線性色散斜率在約0.03ps/nm2-km-0.10ps/nm2-km范圍。
18.一種變換光信號(hào)脈沖波長(zhǎng)的方法，其特征在于，包含步驟為a)將波長(zhǎng)λs的信號(hào)光脈沖發(fā)送進(jìn)入第一單模波導(dǎo)光纖；b)將波長(zhǎng)λp的泵光脈沖發(fā)送進(jìn)入第二單模波導(dǎo)光纖；c)利用具有至少兩個(gè)輸入口和至少一個(gè)輸出口的耦合器，將所述信號(hào)脈沖和泵脈沖耦合進(jìn)與所述至少一個(gè)耦合器輸出口相連的具有零色散波長(zhǎng)λo的第三單模波導(dǎo)光纖；d)在空間隔離所述至少一個(gè)耦合器輸出口的位置處濾除第三波導(dǎo)的泵光功率；和e)同步所述信號(hào)脈沖和所述泵脈沖，使至少部分信號(hào)脈沖與至少部分泵脈沖在所述信號(hào)脈沖和所述泵脈沖在第三波導(dǎo)中傳輸?shù)闹辽俨糠謺r(shí)間上重疊；其中，λp＞λo，且第三波導(dǎo)光纖的非線性常數(shù)在約3(W-km)-1-13(W-km)-1范圍。
19.如權(quán)利要求18所述的變換光信號(hào)脈沖波長(zhǎng)的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含，通過在約0.03ps/nm2-km-0.10ps/nm2-km范圍選擇在λo附近具有斜率的第三波導(dǎo)使波長(zhǎng)變換帶寬達(dá)最佳的步驟。
20.如權(quán)利要求18所述的變換光信號(hào)脈沖波長(zhǎng)的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含，利用包含總線性色散在光傳播方向中下降的第一波導(dǎo)段和總線性色散實(shí)質(zhì)上不變的第二波導(dǎo)段的第一波導(dǎo)光纖對(duì)信號(hào)脈沖整形的步驟。
21.如權(quán)利要求18所述的變換光信號(hào)脈沖波長(zhǎng)的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含，在將信號(hào)脈沖和泵脈沖耦合進(jìn)第三波導(dǎo)前對(duì)所述信號(hào)脈沖和泵脈沖的偏振進(jìn)行匹配的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全波導(dǎo)光纖變換裝置,它利用調(diào)制的非穩(wěn)定性在整個(gè)變換帶寬上變換信號(hào)波長(zhǎng),同時(shí)相對(duì)于諸如采用四波混頻等其它波長(zhǎng)變換裝置保持低的泵激光功率。本發(fā)明的變換裝置工作在波導(dǎo)的反常色散區(qū),且發(fā)生變換的波導(dǎo)的零色散低于泵波長(zhǎng),使得對(duì)于零色散波長(zhǎng)上下的信號(hào)波長(zhǎng)能發(fā)生變換。變換效率在約25dB－30dB范圍。
文檔編號(hào)G02F1/39GK1261445SQ98806427
公開日2000年7月26日 申請(qǐng)日期1998年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者M·伊斯蘭 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司