[发明专利]一种基于瞬态啁啾跃变的全光波长转换集成芯片

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域中的全光信号处理技术，具体涉及一种基于瞬态啁啾跃变的全光波长转换集成芯片。

背景技术

在波分复用的光通信网络中，波长转换是解决波长竞争，实现波长重新利用和无阻塞波长路由的关键技术。它将需要进行波长转换的泵浦光信号载有的数字信号调制到另一路与泵浦光信号波长不同的探测光信号上，如图1所示，在波长转换装置的第一光输入端输入波长为λ_pump的载有数字信号的脉冲光作为泵浦光，同时在第二光输入端输入波长为λ_probe的连续光作为探测光，在输出端可获得波长为λ_probe的载有数字信号的探测光，该数字信号与泵浦光所载有的数字信号一致，从而实现波长转换。

传统的波长转换装置结构为光-电-光型的结构，它将需要进行波长转换的光信号先转换成电信号，再用电信号调制所需波长的激光器从而实现波长转换。光-电-光型的波长转换装置采用的原理比较简单，但主要缺点是功率消耗大，电路结构复杂，而且经过光-电-光转换后，原先光信号的相位，幅度等信息会丢失，不能实现对光信号的完全透明传输，且最高速率受限于电子瓶颈。

全光结构的波长转换装置因能够成功克服速率瓶颈，提高网络的透明性，并具有功耗低、体积小的特点，是波长转换技术的必然发展趋势。R. J. Manning等人在文献“Manning R J, et al. Cancellation of Non-Linear Patterning in Semiconductor Amplifier Based Switches[C].// Optical Society of America. Whistler, Canada, 2006: paper OTuC1.”中提出了一种采用两个级联的半导体光放大器和一个可调谐滤波器组成的波长转换装置，如图2所示，包括一个光功率耦合器、第一半导体光放大器、可调谐滤波器和第二半导体光放大器。该装置利用第二个半导体光放大器的自身增益效应来消除第一半导体光放大器所产生的码型效应，从而实现高速全光波长转换，并利用可调谐滤波器将泵浦光滤除。该方案由于需要可调谐滤波器将泵浦光滤除，但是现在所用的滤波器都属于无源器件，而半导体光放大器属于有源器件，二者很难集成在一起，这就导致波长转换装置体积较大，无法实现集成化，小型化，产品化。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种波长转换速度快、体积小、易于集成的基于瞬态啁啾跃变的全光波长转换集成芯片，其旨在解决的技术问题是: 现有的波长转换装置需要可调谐滤波器将泵浦光滤除，而现有的滤波器都属于无源器件、半导体光放大器却是有源器件，二者很难集成在一起，这就导致波长转换装置体积较大，无法实现集成化、小型化和产品化。

为了解决上述技术问题，达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于瞬态啁啾跃变的全光波长转换集成芯片，其特征在于，包括半导体光放大器、阵列波导光栅、延迟干涉仪，所述半导体光放大器、阵列波导光栅、延迟干涉仪依次连接并集成在同一半导体基片上，构成一个芯片；所述半导体光放大器的输入端经光纤连接有一光功率耦合器，所述延迟干涉仪连接有光纤，该光纤为集成芯片的输出端。

作为本发明更进一步地改进，所述光功率耦合器有两个输入端，波长为λ_pump的载有数字信号的脉冲光作为泵浦光从光功率耦合器的第一输入端输入，波长为λ_probe的连续光作为探测光从光功率耦合器的第二输入端输入，泵浦光和探测光经光功率耦合器耦合后输入半导体光放大器，半导体光放大器将波长为λ_pump的泵浦光上载有的数字信号调制到波长为λ_probe的探测光上，实现波长转换；转换后信号经过阵列波导光栅，滤除多余的泵浦光，再经过延迟干涉仪，使信号变为与原始信号同相位，从集成芯片的输出端输出。

本发明的工作原理为：

本发明为一种基于半导体光放大器交叉增益调制效应的波长转换芯片，与传统的波长转换芯片相比，它增加了一个阵列波导光栅，利用阵列波导光栅的蓝移滤波作用，提取超快的瞬态啁啾跃变动态过程，大幅度加快了半导体光放大器的增益有效恢复，提升了波长转换的速度。本发明利用半导体光放大器中的交叉增益调制效应实现波长转换时，输出的探测光信号会与泵浦光信号反相，例如，如果泵浦光信号是一系列的正脉冲数字信号，则输出的探测光信号就是一系列的负脉冲数字信号，所以利用延迟干涉仪实现反相功能。