1、2013211210班2013211092劉瑞琦全光波長轉換器研究意義 如今我國光纖通信技術和光纖產業得到了迅猛的發展，現在我國的主要信息通信網幾乎全部實現了光通信，今后光纖也將進入每個家庭。目前DWDM技術被廣泛應用到當前的通信領域。目前我國傳輸網的最大容量為16010Gbit/s，即1.6Tbit/S DWDM。我們國家通信網絡的下一步發展目標是向全光網絡發展，要實現全光網的目標，必須在光邏輯和光存儲方面有重大的突破以實現真正的光交換，這樣才有可能成為真正的全光網。光波長變換器賦予光網絡的靈活性和擴容性，是未來全光網絡的核心部件。什么是波長轉換？定義：光波長轉換器是把光信號從一定義：光波長

2、轉換器是把光信號從一個波長轉換為另一個波長的器件。個波長轉換為另一個波長的器件?？刂茊卧鹤儞Q到任意指定的波長。控制單元：變換到任意指定的波長。 波長轉換技術的意義 波長轉換器在光交叉互連(OXC)、光網絡管理等領域中得到了廣泛的應用。 實現波長的分配及管理、光信息的交換及路由，解決網絡中波長競爭，增加網絡管理的靈活性。全光轉換 全光型波長轉換器是指不經過電域處理，直接把信息從一個光波長轉換到另一個光波長的器件。在光域中直接實現波長轉換可以克服光-電-光波長轉換器中電器件的速度瓶頸、透明性低等不足。波長轉換器分類全光波長變換器分類全光波長變換器基于光調制原理基于光混頻原理交叉增益調制交叉相位調

3、制差頻四波混頻非線性光學效應利用信號光攜帶的信息調制有源介質的增益，從而調制在同一介質中傳播的探測光(通常是連續光)的放大倍數，使其強度產生調制，實現信息從信號光到探測光的轉換。它實際上可以看作是特殊的光控光開關。全光波長轉換器有很多種實現方法。從所采用的基本原理來看，一般是利用了光學媒質的各種光學非線性效應。當信號光和探測光共同傳播時，信號光強度信號能夠調制非線性介質的有效折射率，從而改變探測光的傳播相位。如果利用干涉儀將探測光分成兩路，并利用信號光改變兩路光之間的相差，在輸出端發生相長或相消干涉，就可使得信號光的信息同相或反相地轉換到了探測光上。常用的干涉儀有馬赫一曾德千涉儀、邁克爾遜干涉

4、儀等。四波混頻是一種重要的三階非線性效應。在量子力學中的定義是：一個或幾個光波的光子被湮滅，同時產生了幾個不同頻率的新光子，且在此參量過程中，凈能量和動量是守恒的。光纖中的四波混頻現象是有利還是有害，將取決于其具體應用在什么方面。在WDM系統中，FWM能夠引起信道間的竄話，限制了系統的通信質量，因此將盡量降低FWM現象。然而正是由于FWM能夠頗為有效地產生新的光波，人們已對它進行了廣泛地研究，FWM現象又可被利用實現完全透明的全光波長變換。交叉增益調制（XGM）型 利用利用SOASOA的增益的增益和和特點特點 利用增益介質中利用增益介質中的載流子濃度來的載流子濃度來復調制復調制 輸入與輸出完全

5、輸入與輸出完全相反。相反。交叉增益調制（XGM）型 優點：優點：結構簡單、容易實現結構簡單、容易實現轉換效率高轉換效率高波長轉換范圍寬波長轉換范圍寬對偏振不敏感對偏振不敏感 缺點：缺點：輸入輸出信號反相輸入輸出信號反相輸出消光比退化（上轉換時輸出消光比退化（上轉換時“能帶倒空能帶倒空”，退化嚴重（，退化嚴重（增加增加SOASOA有效長度來改進，級聯）有效長度來改進，級聯）比特率透明有限比特率透明有限噪聲指數高噪聲指數高啁啾大啁啾大交叉相位調制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意圖交叉相位調制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意圖交叉相位調制（XPM）型 優點：優點：輸入信號功率小頻率

6、啁啾小或負啁啾消光比大大提高便于集成，工作穩定，適用方便 缺點：缺點：輸入功率的動態范圍比較窄，所以必須對輸入信號的功率進行嚴格控制，只有采用單片集成技術才能得到較好的效果基于四波混頻效應 FWMFWM的四個頻率的四個頻率0022sppssp信號頻率泵浦頻率基于四波混頻效應 優點優點：調制格式透明，任何信息（幅度，相位和頻率）都能保留下來能同時轉換多個波長作用距離短，對相位匹配不敏感轉換后信號光譜反轉，因此可以用于色散補償 缺點：缺點：轉換效率低，轉換后信噪比惡化上轉換效率比下轉換低轉換范圍小偏振相關基于四波混頻效應 針對FWM-WC的缺點，人們不斷在改進。1.增加SOA有源區長度，提高轉換效

7、率，增加信噪比。2.注入短波長補助光，提高轉換效率。3.采用垂直偏正雙泵浦消除偏正相關的影響，提高轉換的范圍。4.優化非線性介質，提高轉換效率。5.研究單個波長轉換器件的同時，也研究級聯器件?；诓铑l過程（DFG） 差頻產生（二階非線性效應）0ps基于差頻過程（DFG） 優點：優點：幅度，頻率和相位具有嚴格的透明性不會附加噪聲輸出信號啁啾反轉可實現多波長轉換輸出頻譜反轉，可以進行信號的色散補償 缺點：缺點：波導制作難度大，成本高低波長光的耦合轉換效率比較低DFG-WC與FWM-WC比較FWM-WCFWM-WCDFG-WCDFG-WC本質本質SOASOA中的三階非線性中的三階非線性PPLNPPL

8、N的二階非線性的二階非線性轉換效率轉換效率變化大（變化大（20dB20dB）低（一般在低（一般在-17dB-17dB）轉換范圍轉換范圍小小大，且平坦大，且平坦衛星頻率衛星頻率有有無無偏振敏感偏振敏感單泵浦時強烈單泵浦時強烈不敏感不敏感多通道同時轉換多通道同時轉換透明度透明度好好好好基于LLPN實現波長變換對全光波長變換器的創新 課題考慮了全光波長轉換器的創新，對基于半導體激光器AOWC的轉換器產生了興趣。此類激光器應基于交叉增益調制和四波混頻效應FWM來實現。創新討論FWM效應的全光波長變換器半導體激光器FWM全光波長變換器 基于激光器的FWM過程，利用激光器自激光作為泵浦，無需其他泵浦光源，

9、與外信號簡并形成FWM。由于飽和效應，激光器FWN的轉換效率不高。 利用光纖外柵外腔SOA實現四波混頻的方法，以光柵OFG外腔激光器的一反射面，以兩邊分別鍍減反膜與高反膜的SOA為有源介質。信號光從OFG那邊注入SOA，與激震波發生四波混頻。信號功率小于1mW時，2.5Gbit/s轉換速率誤碼率小于10-9元器件的參數指標前景展望 對于下一代高容量光網絡，基于波混頻的全光波長轉換在下一代光網絡中具有較大的優勢，因為它能夠實現完全透明的波長轉換，這對于高級光交換至關重要。在這些波長轉換技術中，最終誰將勝出，在一定程度上也取決于網絡的體系結構。 波長轉換器件的應用不只局限于光網絡。從更廣的視角看，波長轉換器相當于一個信號處理器，能夠輸入、輸出和加載控制信號，就如同真空管時代的晶體管和三極管，因此波長轉換器將具有更廣闊的應用空間 今后的發展趨勢是可集成，可調諧，高性能和實用化。總結 本文介紹了全光波長轉換器在光網絡中的作用，并介紹了幾種常見的波長轉換器及其優缺點（光-電-光，XGM-WC，XPM-WC，FWM-WC，DFG-WC），同時介紹了一種SFG-DFG型的可調諧光纖轉換器，最后