[发明专利]基于弱光调控光孤子的全光波长转换器

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于弱光调控光孤子的全光波长转换器。 

背景技术

中红外2微米波段是重要的大气通信窗口，尤其在军事领域有巨大的潜在应用价值。如何在现有的1.5微米光纤通信波段和2微米大气通信窗口之间实现波长转换，成为一个解决现有1.5微米光纤通信系统和2微米大气通信系统之间集成的关键因素。全光波长转换器是将多路波长相同的光信号用波长转换器转换成不同波长的光信号，复用在同一个根光纤中进行传输，再在信号接收端进行解复用后在不同的光纤上进行传输。传统的全光波长转换器的实现机理很多，其中基于半导体光放大器的交叉增益调制型(XGM)、交叉相位调制型(XPM)和四波混频型(CFWM)是现有粗波分复用和密集波分复用通信系统中实现波长转换的主要手段并且已经实用化和商业化。 

传统的全光波长转换器虽然可以实现的波段已经很宽，但是它们的主要应用集中于1.5微米通信波段，很难覆盖到2微米波段。如果想把现有光纤通信系统的信号转换到2微米波段进行大气通信，利用现有的全光波长转换器件是无法实现的。随着高非线性光子晶体光纤的发展，新的基于高非线性光子晶体光纤的全光器件不断地被发明并应用于激光和光纤通信系统中。能否利用新型高非线性光子晶体光纤具有的高非线性、色散易于调控和易于集成等优点，实现现有1.5微米光纤通信波段向2微米大气通信波段的波长转换，是一项全新的技术挑战。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于弱光调控光孤子的波长转换方法实现一种全光纤集成的1.5微米光纤通信波段向2微米大气通信窗口的波长转换的全光波长转换器。该波长转换器具有全光集成、易于配置和操作等优点。其可转换的波长范围宽，可覆盖整个C-band，并且可以通过改变调制度的方式进行调节；还可以通过使用不同类型的光纤，实现高功率输出。 

本发明所述的全光波长转换器由飞秒脉冲光源、宽调谐信号源（弱控制光）、耦合器、光放大器、光耦合器和高非线性光子晶体光纤组成。 

图1为所述全光波长转换器的原理示意图。飞秒脉冲光源01输出的飞秒光脉 冲和宽调谐信号源02输出的弱控制光经耦合器03耦合后进入到光放大器04中进行放大，放大后的光经过光耦合器05耦合到高非线性光子晶体光纤06中产生光孤子，从而实现1.5微米光纤通信波段向2微米大气通信波段的波长转换。 

其中飞秒脉冲光源01可以是任何的可产生飞秒光脉冲的激光器，如输出不同波长（800nm、1064nm、1550nm等）的钛蓝宝石飞秒激光器或飞秒锁模光纤激光器；输出脉冲宽度可以是飞秒或亚皮秒量级；平均功率可以是μW、mW、W或者kW量级；重复频率可以是GHz、MHz、kHz或者几个Hz。宽调谐信号源02是宽调谐单频连续激光器，用来产生弱控制光，其功率范围在μW或mW量级；覆盖的波长范围要在光放大器的增益带宽之内，它可以是宽调谐的连续光信号，也可以是宽调谐的脉冲信号。耦合器03用来把飞秒光脉冲和弱控制光耦合进光放大器中。光放大器用来放大飞秒光脉冲和弱控制光并产生交叉增益调制效应，它可以是掺杂稀土元素的光纤放大器或半导体放大器等所有可产生交叉增益调制效应的光放大器，其放大范围可以是1μm附近、也可以是1.5μm附近或者2μm附近。光耦合器用来把经过光放大器放大后的光耦合到高非线性光子晶体光纤中，它可以是透镜耦合，也可以是光纤焊接或者对接等耦合方式。高非线性光子晶体光纤是产生光孤子的介质。它可以是石英光纤、碲酸盐光纤、铅硅酸盐光纤、氟化物光纤、硫化物光纤、硒化物光纤、氟碲酸盐光纤、铋酸盐光纤、硼硅酸盐光纤、蓝宝石光纤以及具有相应组分的光子晶体光纤或其它具有高非线性的光波导。其实现原理如下：当飞秒光脉冲和弱控制光被同时输入到光放大器后，由于交叉增益调制效应使得弱控制光在光放大器增益带宽内的不同波长处所获得的增益不同，因此改变了飞秒光脉冲的峰值功率，即，通过在增益带宽附近调节弱控制光的波长，可有效地调节飞秒光脉冲的峰值功率；而后，将调节后的飞秒光脉冲耦合到高非线性光子晶体光纤中，产生波长可被连续调控的拉曼光孤子，从而实现了弱光调控的全光波长转换。 

附图说明

图1：全光波长转换器的原理示意图； 

图2：实施例1中所述全光波长转换器的结构示意图； 

图3：实施例1中所述EDFA结构图； 

图4：实施例1中所述EDFA的增益谱； 

图5：实施例1中所述在不同弱控制光功率下飞秒脉冲所获得的增益随泵浦光的变化曲线；