[发明专利]基于高非线性色散平坦光纤的宽带波长变换器及变换方法

说明书

技术领域

本发明涉及全光信号处理技术领域和非线性光纤光学技术领域，特别涉及一种基于高非线性色散平坦光纤的宽带波长变换器及变换方法。

背景技术

信息技术以超乎人们想象的速度迅猛地发展，同时人们对通信品质及体验度的需求日益提升，因此，对通信技术提出了更高的要求。全光智能可重构通信网被公认为是解决通信瓶颈的下一代通信方式。在全光智能可重构通信网中，为了充分利用网络资源，需要对资源进行动态调节，以降低网络的阻塞，进而提高光网络的可重构性和智能性。目前实现全光波长变换的技术主要有交叉增益调制(XGM)、交叉相位调制(XPM)以及四波混频(FWM)等。交叉增益调制是有源器件中的增益饱和效应，半导体光放大器(SOA)是应用最广泛的产生交叉增益调制的器件。但是，由于SOA中载流子恢复时间的限制，这类全光波长变换器的响应速度一般在纳秒量级，这将限制全光波长变换速度的进一步提升。XPM和FWM是两种三阶非线性效应，具有飞秒量级的响应速度，是超高速全光波长变换的理想选择，得到各国科技工作者的高度关注。光纤的纤芯很小，使得它的三阶非线性系数很大，而且光信号在光纤中传播时，两者的作用距离长，因而可以很好地实现XPM或FWM效应，另外，基于光纤的全光波长变换器与光通信系统具有天然的兼容性，可以最大限制地减小插入损耗。

经文献检索发现，Sarker，B.等人在Photonics Technology Letters(光子技术快报，2002，Vol.14，pp.340-342)上发表了题为“All-optical wavelength conversion based on cross-phase modulation(XPM)in a single-mode fiber and a Mach-Zehnderinterferometer.(基于单模光纤和马赫-曾德干涉仪中交叉相位调制的全光波长变换器)”的论文，文中报道的全光波长变换器由一根2km长的标准单模光纤和一个马赫-曾德干涉仪组成。由于标准单模光纤的非线性系数较小，而色散不平坦等原因，使得该结构的波长变换效率不高，波长变换的宽度只有20nm，难以适合宽带全光变换的需要。

又经专利检索发现，申请号为200480025229.5，名称为《具有非对称位置的萨尼亚克干涉仪的基于半导体光放大器的全光波长转换器》。该装置使用一个萨尼亚克(Sagnac)干涉环路，并在环路的非对称位置上放置SOA，利用SOA和Sagnac环路共同完成输入信号的波长转换。正如之前所述，SOA的工作速度受制于载流子的恢复时间，因此该装置的工作速度只有纳秒量级，而且该装置中SOA的放置需要一个准确的偏移量，不合适的偏移量会使转换效果达不到设计的要求。

因此，现有的全光波长变换器在可变换的波长宽度以及变换速度上，都需要进行提高，以满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有全光波长变换器在可变换的波长宽度以及变换速度上的不足，本发明提供一种基于高非线性色散平坦光纤的宽带波长变换器及变换方法，本发明可以实现波长间隔为50nm以上的波长转换，变换速度理论上可达飞秒量级，在实施例中观察到皮秒量级的变换速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于高非线性色散平坦光纤的宽带波长变换器，具有用于调整待变换信号光偏振态和功率的信号光输入光路、连续光源和用于调整连续光偏振态和功率的连续光输入光路，所述的连续光源与连续光输入光路连接，还具有Sagnac干涉环，所述的Sagnac干涉环包括高非线性色散平坦光纤、用于将连续光传递到Sagnac干涉环上的第一耦合器和用于将待变换的信号光与第一耦合器输出的连续光耦合并传递到Sagnac干涉环上的第二耦合器，第二耦合器设置在高非线性色散平坦光纤与第一耦合器之间的Sagnac干涉环上，所述的信号光输入光路与第二耦合器通信，连续光输入光路与第一耦合器通信。

为了控制Sagnac干涉环内光信号的偏振状态，所述的Sagnac干涉环上还具有至少一个第三偏振控制器，所述的第三偏振控制器和第二耦合器分别位于高非线性色散平坦光纤的两侧。

为了控制待变换的信号光和用于控制目标变换波长的连续光的偏振状态，所述的信号光输入光路具有至少一个第一偏振控制器，连续光输入光路中具有至少一个第二偏振控制器。

为了适应宽带全光波长变换的需要，提高波长变换的宽度，所述的高非线性色散平坦光纤的非线性系数≥11(KmW)^-1，色散系数：0≤GVD＜1.5ps/km/nm，长度≤10m。