專利名稱：一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性光學混頻技術(shù)領(lǐng)域和全光信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(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)無源光波導級聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)二階非線性效應(yīng)，采用馬赫-曾德爾干涉儀結(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)：
全光碼型轉(zhuǎn)換作為全光信號處理技術(shù)的一個重要組成部分是實現(xiàn)未來高速光通信網(wǎng)絡(luò)的一項關(guān)鍵技術(shù)，而其中非歸零碼到歸零碼的轉(zhuǎn)換又是最為基礎(chǔ)和重要的，因而近年來正在受到國內(nèi)外研究學者越來越多的關(guān)注。
目前用于實現(xiàn)非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換的方案有很多，主要包括非線性光學環(huán)形鏡，垂直腔表面發(fā)射激光器，半導體光放大器，雙波長注入鎖定等等。已有的這些碼型轉(zhuǎn)換方案大致上可以概括為基于交叉相位調(diào)制效應(yīng)的相干環(huán)腔結(jié)構(gòu)、激光器以及有源半導體材料等，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟而且也取得了較好的轉(zhuǎn)換效果。例如1994年S.Bigo等人在文章“Bit-rate enhancement through optical NRZ-to-RZ conversion and passivetime-division multiplexing for soliton transmission systems，”in Electron.Lett.，vol.30，no.12，1994，pp.984-985中，利用基于交叉相位調(diào)制效應(yīng)的非線性光學環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)，實驗報道了2.5Gbit/s非歸零碼到歸零碼的轉(zhuǎn)換，并通過光時分復用將速率提高到10Gbit/s；2002年C.W.Chow等人在文章“All-opticalNRZ to RZ format and wavelength converter by dual-wavelength injectionlocking，”in Opt.Commun.，vol.209，no.4-6，2002，pp.329-334中，利用雙波長注入鎖定技術(shù)實驗報道了3.3Gbit/s非歸零碼到歸零碼的轉(zhuǎn)換。盡管如此，這些方案仍然存在一些不足之處，比如響應(yīng)速度不快以及不可避免的有源介質(zhì)帶來的自發(fā)輻射噪聲影響等等，這些大大限制了其在高速光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了適應(yīng)未來高速光通信網(wǎng)絡(luò)對于高速全光信號處理的要求，就迫切需要研究和尋找能夠應(yīng)用于40Gbit/s及以上速率的高速全光碼型轉(zhuǎn)換技術(shù)和轉(zhuǎn)換裝置，這對于加快和推動全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要的意義。
鈮酸鋰和鋁鎵砷等非線性光波導由于其非線性響應(yīng)時間極短(fs量級)，而且作為無源光波導具有無自發(fā)輻射噪聲積累的優(yōu)點，因而在高速全光信號處理方面具有巨大的潛在優(yōu)勢。不過，目前對兩者的研究主要還集中在利用周期極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)或者周期域反轉(zhuǎn)鋁鎵砷(AlGaAs)光波導的級聯(lián)二級非線性效應(yīng)實現(xiàn)全光波長轉(zhuǎn)換，對于將PPLN和AlGaAs光波導應(yīng)用于全光碼型轉(zhuǎn)換中還沒有相關(guān)的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，該裝置實現(xiàn)的全光碼型轉(zhuǎn)換靈活性好，響應(yīng)速度快，可以工作在40Gbit/s的高速情況下，而且轉(zhuǎn)換過程不受自發(fā)輻射噪聲的影響，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，以及可擴展性好的特點。
本發(fā)明提供的一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置包括第一至第四光耦合器、第一、第二可調(diào)諧延時線、可調(diào)光衰減器、偏振控制器、非線性光波導和第一、第二可調(diào)諧濾波器，其中，非線性光波導為PPLN光波導或AlGaAs光波導；第一光耦合器設(shè)有四個端口，其中第一端口與第四端口呈對角位置，第二端口與第三端口呈對角位置，且第一端口和第二端口位于同一側(cè)，第三端口和第四端口位于同一側(cè)；第二光耦合器設(shè)有四個端口，其中，第一端口與第四端口呈對角位置，第二端口與第三端口呈對角位置，且第一端口和第二端口位于同一側(cè)，第三端口和第四端口位于同一側(cè)；第一光耦合器的第三端口依次與第一可調(diào)諧延時線和可調(diào)光衰減器相連后與第二光耦合器的第一端口連接，構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉儀的上臂；第一光耦合器的第四端口依次經(jīng)過第三光耦合器、偏振控制器、非線性光波導與第二光耦合器的第二端口相連，構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉儀的下臂；第一光耦合器的第一端口對外提供非歸零碼信號光的輸入端口，第二端口閑置；第二光耦合器的第三端口與第四光耦合器連接后分為兩路，然后分別與第一、第二可調(diào)諧濾波器相連，并對外分別提供歸零碼信號光和歸零碼空閑光的輸出端口；第二可調(diào)諧延時線的一端對外提供泵浦光的輸入端口，其另一端與第三光耦合器相連，其連接端口與第一光耦合器和第三光耦合器的連接端口位于同一側(cè)。
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、相比于傳統(tǒng)的碼型轉(zhuǎn)換方案，PPLN和AlGaAs光波導具有超快的響應(yīng)速度，而且對信號的比特率完全透明，因此可以應(yīng)用于40Gbit/s及以上速率的高速全光碼型轉(zhuǎn)換；其二、相比于半導體激光器和半導體光放大器等有源介質(zhì)材料，PPLN和AlGaAs光波導作為無源光波導沒有自發(fā)輻射噪聲的積累而且不會產(chǎn)生內(nèi)部頻率啁啾，因此碼型轉(zhuǎn)換性能良好；其三、基于PPLN或者AlGaAs光波導級聯(lián)倍頻和差頻(SHG+DFG)二階非線性效應(yīng)可以實現(xiàn)多信道非歸零碼的同時碼型轉(zhuǎn)換；其四、基于PPLN或者AlGaAs光波導級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)還可以實現(xiàn)單信道-雙信道、單信道-三信道以及單信道-多信道等多種全光碼型轉(zhuǎn)換功能，而且碼型轉(zhuǎn)換過程具有良好的可調(diào)諧性能；其五、本發(fā)明裝置采用基于PPLN或者AlGaAs光波導的馬赫-曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)，裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)；其六、本發(fā)明裝置具有良好的靈活性和可擴充性。通過改變輸入非歸零碼信號光的數(shù)目，可以實現(xiàn)雙信道非歸零碼同時轉(zhuǎn)換，三信道非歸零碼同時轉(zhuǎn)換等多信道同時碼型轉(zhuǎn)換的功能；通過改變輸入泵浦光的數(shù)目，可以實現(xiàn)單信道-三信道，單信道-四信道等形式多樣的單信道-多信道全光碼型轉(zhuǎn)換。


圖1是本發(fā)明基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)可變輸入信號光全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖；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是圖2所示裝置輸入信號光可變時級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)示意圖；圖4是本發(fā)明基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)多信道同時碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖；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是圖5所示裝置輸入信號光可變時多信道級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)示意圖；圖7是本發(fā)明基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)固定輸入信號光可調(diào)諧全光碼型轉(zhuǎn)換的原理示意圖；圖8是圖2所示裝置輸入信號光固定時級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)可調(diào)諧原理示意圖；圖9是本發(fā)明基于級聯(lián)倍頻和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；圖10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11是圖10所示裝置輸入信號光固定時單信道-多信道級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)可調(diào)諧原理示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明裝置基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(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，泵浦光波長位于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處。
(3)調(diào)整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，并在其中發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)在倍頻過程中兩個泵浦光光子湮滅以產(chǎn)生一個倍頻光光子，與此同時，在差頻過程中一個倍頻光光子湮滅以產(chǎn)生一個信號光光子和一個轉(zhuǎn)換空閑光光子。因此，在生成倍頻光和轉(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差頻過程中將會受到放大并引入非線性相移。也就是說，如圖1虛線框A所示，在非線性光波導輸出端，信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被放大會形成“突起”，“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)倍頻和差頻過程生成的轉(zhuǎn)換空閑光是歸零碼。
(4)第二路信號光不經(jīng)歷級聯(lián)倍頻和差頻相互作用，因此不會出現(xiàn)第一路信號光比特“1”中間部分形成“突起”并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“突起”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，加上(3)得到的歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光，就實現(xiàn)了單信道-雙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，而另外一個信道碼型轉(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2所示，本發(fā)明裝置包括第一光耦合器1、第一可調(diào)諧延時線2、可調(diào)光衰減器3、第三光耦合器4、偏振控制器5、非線性光波導6、第二光耦合器7、第二可調(diào)諧延時線8、第四光耦合器9、第一可調(diào)諧濾波器10以及第二可調(diào)諧濾波器11，其中，非線性光波導6為PPLN光波導或AlGaAs光波導。
第一光耦合器1設(shè)有四個端口C、D、E、F，其中第一端口C與第四端口F呈對角位置，第二端口D與第三端口E呈對角位置，且第一端口C和第二端口D位于同一側(cè)，第三端口E和第四端口F位于同一側(cè)。第二光耦合器7同樣設(shè)有四個端口G、H、I、J，其中，第一端口G與第四端口J呈對角位置，第二端口H與第三端口I呈對角位置，且第一端口G和第二端口H位于同一側(cè)，第三端口I和第四端口J位于同一側(cè)。第一光耦合器1的第三端口E依次與第一可調(diào)諧延時線2和可調(diào)光衰減器3相連后與第二光耦合器7的第一端口G連接，構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉儀的上臂。第一光耦合器1的第四端口F依次經(jīng)過第三光耦合器4、偏振控制器5、非線性光波導6與第二光耦合器7的第二端口H相連，構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉儀的下臂。
第一光耦合器1的第一端口C對外提供非歸零碼信號光的輸入端口，第二端口D閑置。第二光耦合器7的第三端口I與第四光耦合器9連接后分為兩路，然后分別與第一可調(diào)諧濾波器10和第二可調(diào)諧濾波器11相連，并對外分別提供歸零碼信號光和歸零碼空閑光的輸出端口。第二光耦合器7的第四端口J閑置。第三光耦合器4除了一個端口和第一光耦合器1的第四端口F相連外，同側(cè)的另一端口與第二可調(diào)諧延時線8相連后對外提供泵浦光的輸入端口。
輸入非歸零碼信號光經(jīng)第一光耦合器1的第一端口C注入該裝置內(nèi)，并在第一光耦合器1的第三端口E和第四端口F處分為等功率的兩路信號光。其中，第四端口F處產(chǎn)生的第一路信號光沿馬赫-曾德爾干涉儀的下臂傳輸，輸入泵浦光經(jīng)第二可調(diào)諧延時線8后通過第三光耦合器4也注入馬赫-曾德爾干涉儀的下臂，其中第二可調(diào)諧延時線8用于調(diào)節(jié)泵浦光和第一路信號光的相對延時以保持兩者比特對齊。第一路信號光和泵浦光在馬赫-曾德爾干涉儀的下臂中傳輸時經(jīng)第三光耦合器4后通過偏振控制器5調(diào)整偏振態(tài)，然后進入非線性光波導6，并在其中發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻相互作用，從非線性光波導6輸出的第一路信號光到達第二光耦合器7的第二端口H；第一光耦合器1第三端口E處產(chǎn)生的第二路信號光沿馬赫-曾德爾干涉儀的上臂傳輸，依次經(jīng)過第一可調(diào)諧延時線2和可調(diào)光衰減器3后到達第二光耦合器7的第一端口G，其中，第一可調(diào)諧延時線2用以調(diào)節(jié)第一、第二兩路信號光的相對延時使得兩路信號光在干涉時保持比特對齊，可調(diào)光衰減器3用以適當調(diào)節(jié)第二路信號光的光功率使其與第一路信號光干涉時在沒有泵浦光的位置光功率水平相等，干涉輸出為0。到達第二光耦合器7第二端口H的第一路信號光和到達第一端口G的第二路信號光經(jīng)第二光耦合器7重新匯合后在第三端口I干涉輸出。值得注意的是，在經(jīng)過第一光耦合器1時，第一路信號光由第一端口C到第四端口F相對于第二路信號光由第一端口C到第三端口E會引入π/2相移，在經(jīng)過第二光耦合器7時，第一路信號光由第二端口H到第三端口I相對于第二路信號光由第一端口G到第三端口I又會引入π/2相移。因此，兩路信號光在第二光耦合器7第三端口I干涉輸出時，第一路信號光相對于第二路信號光總共引入了π相移，亦即第二路信號光相對于第一路信號光引入了π相移。調(diào)節(jié)泵浦光位于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處，第一路信號光與泵浦光在非線性光波導6中發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻相互作用，除了生成歸零碼空閑光外，第一路信號光比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被放大會形成“突起”并引入非線性相移，在到達第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形如圖1中虛線框A所示。第二路信號光沒有經(jīng)過非線性相互作用，時域波形類似于輸入信號光波形，因此沒有出現(xiàn)“突起”現(xiàn)象和引入非線性相移，在到達第二光耦合器7第三端口I處時如圖1中虛線框B所示。兩路信號光在第二光耦合器7第三端口I干涉輸出得到歸零碼的信號光。歸零碼信號光和歸零碼空閑光經(jīng)第四光耦合器9后分別通過第一可調(diào)諧濾波器10和第二可調(diào)諧濾波器11濾波輸出。
對于圖2所示結(jié)構(gòu)的裝置，通過改變輸入非歸零碼信號光的波長，可以方便地實現(xiàn)可變輸入信號光非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。如圖3所示，泵浦光12位于倍頻過程準相位匹配波長處，泵浦光12經(jīng)過倍頻過程生成倍頻光13，與此同時，單個信號光14與倍頻光13發(fā)生差頻相互作用得到單信道轉(zhuǎn)換空閑光15。根據(jù)能量守恒定理，泵浦光12、倍頻光13、信號光14以及轉(zhuǎn)換空閑光15的波長滿足如下關(guān)系式SHG1/λSH＝2/λPDFG1/λi1＝1/λSH-1/λS(1)SHG+DFG1/λi1＝2/λP-1/λS根據(jù)式(1)，當保持泵浦光12波長不變時，信號光14和空閑光15的波長近似關(guān)于泵浦光12的波長呈對稱分布，空閑光15的波長由信號光14的波長決定，信號光14的波長可以在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)諧?；诩壜?lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)，通過適當調(diào)節(jié)信號光14的波長可以實現(xiàn)可變輸入信號光非歸零碼到歸零碼的全光碼型轉(zhuǎn)換。
當要實現(xiàn)多信道非歸零碼的同時碼型轉(zhuǎn)換時，需要輸入多信道非歸零碼信號光。本發(fā)明裝置基于級聯(lián)倍頻和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)上進一步增加輸入信號光的數(shù)目，即輸入多個信道的非歸零碼信號光?；诩壜?lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)，泵浦光仍然位于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處。類似于圖1輸入單個非歸零碼信號光的情況，每輸入一個非歸零碼信號光將會對應(yīng)產(chǎn)生一個歸零碼信號光和一個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光。當輸入n個非歸零碼信號光時，經(jīng)過級聯(lián)倍頻與差頻相互作用將會得到n個歸零碼信號光(波長不變)和n個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光(波長改變)，即可以實現(xiàn)多信道非歸零碼的同時碼型轉(zhuǎn)換。
如圖5所示，本發(fā)明裝置在圖2所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加第一波分復用器16和第一、第二波分解復用器17、18。其中，第一波分復用器16的輸出端與第一光耦合器1的第一端口C相連，其輸入端對外提供多個非歸零碼信號光的輸入端口。第一波分解復用器17的輸入端與第一可調(diào)諧濾波器10相連，其輸出端對外提供多個歸零碼信號光的輸出端口。第二波分解復用器18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。
輸入多信道非歸零碼信號光經(jīng)第一波分復用器16和第一光耦合器1的第一端口C注入該裝置內(nèi)，并在第一光耦合器1的第三端口E和第四端口F處等功率分為兩路。沿馬赫-曾德爾干涉儀下臂傳輸?shù)牡谝宦范嘈诺佬盘柟庠诘竭_第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形如圖4中虛線框A所示，比特“1”中間部分對應(yīng)泵浦光的位置由于被放大會形成“突起”并引入非線性相移；沿馬赫-曾德爾干涉儀上臂傳輸?shù)牡诙范嘈诺佬盘柟鉀]有出現(xiàn)“突起”現(xiàn)象和引入非線性相移，在到達第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形如圖4中虛線框B所示。當兩路多信道信號光在第二光耦合器7第三端口I干涉輸出時，對于多信道信號光中的任何一個信道，第二路信號光相對于第一路信號光總共引入了π相移。兩路多信道信號光干涉的結(jié)果是得到多信道歸零碼信號光。另外，第一路多信道信號光與泵浦光在非線性光波導6中發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)時還將生成多信道歸零碼空閑光，如圖4中虛線框A所示。
基于圖5所示結(jié)構(gòu)的裝置，通過改變多信道輸入非歸零碼信號光的波長，可以方便地實現(xiàn)可變輸入信號光非歸零碼到歸零碼的多信道同時碼型轉(zhuǎn)換。如圖6所示，當輸入n個信道信號光時，泵浦光12和n個信號光19參與級聯(lián)倍頻和差頻相互作用位于倍頻過程準相位匹配波長處的泵浦光12經(jīng)過倍頻過程生成倍頻光13，與此同時，n個信號光19與倍頻光13發(fā)生差頻相互作用得到相應(yīng)的n個轉(zhuǎn)換空閑光20。根據(jù)能量守恒定理，泵浦光12、倍頻光13、n個信號光19以及n個轉(zhuǎn)換空閑光20的波長滿足如下關(guān)系式SHG1/λSH＝2/λPDFG1/λi1＝1/λSH-1/λS1SHG+DFG1/λi1＝2/λP-1/S1…… (2)…………DFG1/λin＝1/λSH-1/λSnSHG+DFG1/λm＝2/λP-1/λSn根據(jù)式(2)，當保持泵浦光12波長不變時，n個信號光19和n個空閑光20的波長近似關(guān)于泵浦光12的波長呈對稱分布，n個空閑光20的波長分別對應(yīng)由n個信號光19的波長決定，n個信號光19的波長可以在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)諧，調(diào)節(jié)n個信號光19的波長可以得到不同的n個空閑光20的波長。
對于固定輸入的非歸零碼信號光，當要實現(xiàn)可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換時，非歸零碼信號光的波長置于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處，通過適當調(diào)節(jié)泵浦光的波長即可以在得到歸零碼信號光的同時還可以實現(xiàn)歸零碼空閑光的可調(diào)諧輸出。本發(fā)明裝置仍然基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)和干涉原理。如圖7所示，本發(fā)明裝置的工作原理與圖1相比不同之處在于由于信號光波長位于倍頻過程準相位匹配波長處，因此非線性光波導中第一路信號光與泵浦光發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)時，在倍頻過程中兩個信號光光子湮滅以產(chǎn)生一個倍頻光光子，與此同時，在差頻過程中一個倍頻光光子湮滅以產(chǎn)生一個泵浦光光子和一個轉(zhuǎn)換空閑光光子。信號光在這個過程中會受到衰減。從描述級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)的耦合模方程可以知道，在級聯(lián)倍頻和差頻過程中，差頻過程的存在會減緩倍頻過程的進行。這也就說是，信號光在沒有泵浦光時的衰減速度要快于有泵浦光時的衰減速度，前者發(fā)生的只是倍頻過程，后者發(fā)生的則是級聯(lián)倍頻和差頻過程。因此，如圖7虛線框A所示，在非線性光波導輸出端，第一路信號光在時域上與泵浦光重疊的部分受到衰減的速度要慢于與泵浦光不重疊的部分。調(diào)節(jié)第二路信號光的光功率，使其與第一路信號光時域上與泵浦光不重疊部分的光功率水平相等，如圖7虛線框B所示，同時第二路信號光相對于第一路信號光引入π相移。這樣兩路信號光干涉輸出的結(jié)果即可以得到歸零碼的信號光。另外，第一路信號光與泵浦光在級聯(lián)倍頻和差頻過程中生成的轉(zhuǎn)換空閑光也是歸零碼，如圖7虛線框A所示。
本發(fā)明裝置與圖2所示結(jié)構(gòu)完全一樣，只是非歸零碼信號光的波長需要調(diào)節(jié)在非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處。沿馬赫-曾德爾干涉儀下臂傳輸?shù)牡谝宦沸盘柟庠诘竭_第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形如圖7中虛線框A所示；沿馬赫-曾德爾干涉儀上臂傳輸?shù)牡诙沸盘柟庠诘竭_第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形如圖7中虛線框B所示。當兩路信號光在第二光耦合器7第三端口I干涉輸出時，第二路信號光相對于第一路信號光總共引入了π相移。兩路信號光干涉的結(jié)果是得到歸零碼的信號光。另外，第一路信號光與泵浦光在非線性光波導6中經(jīng)過級聯(lián)倍頻和差頻相互作用還將生成歸零碼空閑光，如圖7中虛線框A所示?；诒景l(fā)明裝置，通過適當調(diào)節(jié)泵浦光的波長可以在固定輸入信號光的情況下實現(xiàn)單信道-雙信道可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換。如圖8所示，信號光14和泵浦光12參與級聯(lián)倍頻和差頻相互作用信號光14位于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處，信號光14通過倍頻過程生成倍頻光21，與此同時，泵浦光12與倍頻光21發(fā)生差頻相互作用得到轉(zhuǎn)換空閑光22。根據(jù)能量守恒定理，信號光14、倍頻光21、泵浦光12以及轉(zhuǎn)換空閑光22的波長滿足如下關(guān)系式SHG1/λSH＝2/λSDFG1/λi＝1/λSH-1/λP(3)SHG+DFG1/λi＝2/λS-1/λP根據(jù)式(3)，對于固定輸入的信號光14，只要通過適當調(diào)節(jié)泵浦光12的波長就可以實現(xiàn)空閑光22的可調(diào)諧輸出，空閑光22的波長由泵浦光12的波長決定。利用基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)的全光碼型轉(zhuǎn)換方法并通過適當調(diào)節(jié)泵浦光12的波長，可以非常方便地實現(xiàn)單信道-雙信道可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換，即固定輸入非歸零碼信號光到歸零碼信號光的轉(zhuǎn)換以及固定輸入非歸零碼信號光到可調(diào)諧輸出歸零碼空閑光的轉(zhuǎn)換。
當要實現(xiàn)單信道-多信道可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換時，基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)，非歸零碼信號光波長仍然位于非線性光波導倍頻過程準相位匹配波長處，此時需要輸入多個泵浦光。如圖9所示，本發(fā)明裝置的工作原理是在圖7基礎(chǔ)上進一步增加輸入泵浦光的數(shù)目，即輸入多個泵浦光。類似于圖7輸入單個泵浦光的情況，每輸入一個泵浦光將會對應(yīng)產(chǎn)生一個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光。當輸入n個泵浦光時，經(jīng)過級聯(lián)倍頻與差頻相互作用將會得到n個歸零碼轉(zhuǎn)換空閑光，再加上一個歸零碼信號光，這樣就實現(xiàn)了單信道-(n+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n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10所示，本發(fā)明裝置在圖2所示結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加第二波分復用器23和第二波分解復用器18。其中，第二波分復用器23的輸出端與第二可調(diào)諧延時線8相連，其輸入端對外提供多個泵浦光的輸入端口。第二波分解復用器18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?；趫D10所示發(fā)明裝置，每輸入一個泵浦光對應(yīng)會產(chǎn)生一個歸零碼空閑光。
輸入多個泵浦光經(jīng)第二波分復用器23和第二可調(diào)諧延時線8后通過第三光耦合器4注入馬赫-曾德爾干涉儀的下臂，多個泵浦光與第一路信號光在非線性光波導中發(fā)生級聯(lián)倍頻和差頻相互作用生成多個歸零碼空閑光，如圖9中虛線框A所示。另外，第一、第二路信號光在到達第二光耦合器7第三端口I處時的時域波形分別如圖9中虛線框A和B所示，第二路信號光相對于第一路信號光總共引入了π相移，兩路信號光干涉的結(jié)果是得到歸零碼的信號光。
利用圖10所示發(fā)明裝置，通過適當調(diào)節(jié)多個泵浦光的波長可以實現(xiàn)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?？烧{(diào)諧原理如圖11所示，在圖8基礎(chǔ)上增加泵浦光的數(shù)目，當輸入n個泵浦光時，信號光14以及n個泵浦光24參與級聯(lián)倍頻與差頻相互作用位于倍頻過程準相位匹配波長處的信號光14經(jīng)過倍頻過程生成倍頻光21，與此同時，n個泵浦光24與倍頻光21發(fā)生差頻相互作用得到相應(yīng)的n個轉(zhuǎn)換空閑光25。根據(jù)能量守恒定理，信號光14、倍頻光21、n個泵浦光24以及n個轉(zhuǎn)換空閑光25的波長滿足如下關(guān)系式SHG1/λSH＝2/λSDFG1/λi1＝1/λSH-1/λP1SHG+DFG1/λi1＝2/λS-1/λP1…… (4)…………DFG1/λm＝1/λSH-1/λPnSHG+DFG1/λm＝2/λS-1/λPn根據(jù)式(4)，對于固定輸入的信號光14，只要通過適當調(diào)節(jié)n個泵浦光24的波長就可以相應(yīng)實現(xiàn)n個空閑光25的可調(diào)諧輸出，n個空閑光25的波長分別對應(yīng)由n個泵浦光24的波長決定，而且n個空閑光25的波長與n個泵浦光24的波長近似關(guān)于信號光14的波長呈對稱分布。利用基于級聯(lián)倍頻和差頻二階非線性效應(yīng)的全光碼型轉(zhuǎn)換方法并通過適當調(diào)節(jié)n個泵浦光24的波長，可以非常方便地實現(xiàn)單信道-多信道可調(diào)諧的全光碼型轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置包括第一至第四光耦合器(1、7、4、9)、第一、第二可調(diào)諧延時線(2、8)、可調(diào)光衰減器(3)、偏振控制器(5)、非線性光波導(6)和第一、第二可調(diào)諧濾波器(10、11)，其中，非線性光波導(6)為PPLN光波導或AlGaAs光波導；第一光耦合器(1)設(shè)有四個端口(C、D、E、F)，其中第一端口(C)與第四端口(F)呈對角位置，第二端口(D)與第三端口(E)呈對角位置，且第一端口(C)和第二端口(D)位于同一側(cè)，第三端口(E)和第四端口(F)位于同一側(cè)；第二光耦合器(7)設(shè)有四個端口(G、H、I、J)，其中，第一端口(G)與第四端口(J)呈對角位置，第二端口(H)與第三端口(I)呈對角位置，且第一端口(G)和第二端口(H)位于同一側(cè)，第三端口(I)和第四端口(J)位于同一側(cè)；第一光耦合器(1)的第三端口(E)依次與第一可調(diào)諧延時線(2)和可調(diào)光衰減器(3)相連后與第二光耦合器(7)的第一端口(G)連接，構(gòu)成馬赫一曾德爾干涉儀的上臂；第一光耦合器(1)的第四端口(F)依次經(jīng)過第三光耦合器(4)、偏振控制器(5)、非線性光波導(6)與第二光耦合器(7)的第二端口(H)相連，構(gòu)成馬赫-曾德爾干涉儀的下臂；第一光耦合器(1)的第一端口(C)對外提供非歸零碼信號光的輸入端口，第二端口(D)閑置；第二光耦合器(7)的第三端口(I)與第四光耦合器(9)連接后分為兩路，然后分別與第一、第二可調(diào)諧濾波器(10、11)相連，并對外分別提供歸零碼信號光和歸零碼空閑光的輸出端口；第二可調(diào)諧延時線(8)的一端對外提供泵浦光的輸入端口，其另一端與第三光耦合器(4)相連，其連接端口與第一光耦合器(1)和第三光耦合器(4)的連接端口位于同一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置還包括第一波分復用器(16)和第一、第二波分解復用器(17、18)；其中，第一波分復用器(16)的輸出端與第一光耦合器(1)的第一端口(C)相連，其輸入端對外提供多個非歸零碼信號光的輸入端口，第一波分解復用器(17)的輸入端與第一可調(diào)諧濾波器(10)相連，其輸出端對外提供多個歸零碼信號光的輸出端口，第二波分解復用器(18)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光碼型轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該裝置還包括第二波分復用器(23)和第二波分解復用器(18)；其中，第二波分復用器(23)的輸出端與第二可調(diào)諧延時線(8)相連，其輸入端對外提供多個泵浦光的輸入端口；第二波分解復用器(18)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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非歸零碼到歸零碼全光碼型轉(zhuǎn)換裝置。該裝置包括可調(diào)光衰減器、偏振控制器、非線性光波導、二個可調(diào)諧濾波器、二個可調(diào)諧延時線和四個光耦合器，其中，非線性光波導為PPLN光波導或AlGaAs光波導；第一光耦合器的一個端口依次與第一可調(diào)諧延時線和可調(diào)光衰減器相連后與第二光耦合器連接，構(gòu)成馬赫－曾德爾干涉儀的上臂；第一光耦合器的另一端口依次經(jīng)過第三光耦合器、偏振控制器、非線性光波導與第二光耦合器相連，構(gòu)成馬赫－曾德爾干涉儀的下臂。本發(fā)明裝置實現(xiàn)的全光碼型轉(zhuǎn)換靈活性好，響應(yīng)速度快，可以工作在40Gbit/s的高速情況下，而且轉(zhuǎn)換過程不受自發(fā)輻射噪聲的影響，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，以及可擴展性好等特點。
文檔編號G02F1/35GK1996134SQ20061016652
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者孫軍強, 王健 申請人:華中科技大學