基于光纤环形腔激光器的可调谐全光波长转换器的研究

在光纤环形腔激光器中引入周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导，用该激光器产生的连续光作为抽运光和控制光，使其与外加的信号光发生非线性效应实现可调谐波长转换.介绍了基于准相位匹配的PPLN光波导中的和频与差频级联型全光波长转换器的基本原理.对抽运光、信号光、控制光以及转换光的光功率随着PPLN光波导的变化进行了模拟.还对转换效率随着转换光波长的变化进行了数值计算.实验验证了该波长转换器的可调谐性. 关键词： 周期极化反转铌酸锂 和频与差频 可调谐全光波长转换 光纤环形腔激光器     

周期极化铌酸锂波长转换器脉冲抽运时的波形畸变

理论分析了周期性结构的LiNbO3晶体(PPLN)光波导在脉冲光抽运时的级联二阶非线性效应,并通过数值计算得到了抽运、倍频、信号及转换四个光脉冲的波形在波导中的演化。研究表明,使用脉冲光抽运时,由于抽运光脉冲与倍频光脉冲之间的群速度失配导致的走离,将使倍频光脉冲产生展宽;再通过差频转换使得转换光脉冲产生了波形畸变和峰值偏移。最后通过实验验证了转换光脉冲的波形畸变。     

基于PPLN光波导和频与差频级联型全光波长转换的研究

介绍了基于准相位匹配周期极化反转铌酸锂光波导的和频与差频(SFG DFG)级联型全光波长转换技术的基本原理.计算了SFG DFG级联型波长转换的转换效率,分析了抽运光功率以及两个抽运光之间的间距对转换效率的影响,抽运光功率越大,转换效率越高;转换效率随着间距的增大先增大后减小.单抽运调节时的抽运带宽为0.5 nm,同时对信号光脉冲还有压缩作用,压缩比是0.68.     

逆向注入波长转换方式对转换光脉冲畸变的改善

数值模拟分析了在周期域反转结构的铌酸锂光波导中的脉冲抽运波长转换过程,通过对转换过程中光脉冲波形的演化分析,讨论了抽运光和信号光同向和逆向两种注入方式对转换光脉冲波形的影响.研究结果表明在同向注入方式下由于倍频与差频效应是同时进行的,群速度失配导致的走离效应使倍频光脉冲在波导内不断展宽,遗传给差频转换时,使转换光脉冲发生了波形畸变;为防止转换脉冲发生畸变,提出了采用单片光波导用抽运光和信号光逆向注入的方式,将倍频与差频效应分开来,二次非线性效应不再同时进行,从而改善了转换光脉冲的波形畸变,同时提高了转换效率.     

基于双通构型的和频、差频可变波长路由方案及其应用

提出了双通构型的基于“和频”和“差频”级联二阶非线性效应的可变波长路由方案,通过调节两个抽运源的频率,可以从一个WDM(wavelength division multiplexing)链路中取出任意一个信道,然后将其转换为任意一个波长并插入到另一个WDM链路中去.实现了可调谐波长转换和光波长路由的结合.通过小信号分析,给出了相位匹配情况下,输入信号光在波导中功率变化的表达式和输出转换光功率变化的表达式,并给出了提高系统效率的对两个抽运光功率的优化方案.数值计算表明,只要信道间隔大于02nm(25GHz 关键词： 光波长路由 光波长转换 光交换 PPLN     

周期域反转铌酸锂可调谐波长转换器的皮秒脉冲实验

实验研究了周期域反转铌酸锂光波导级联和频与差频二阶非线性效应(cSFG/DFG)皮秒脉冲间的可调谐波长转换。信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的脉冲信号。当输入信号光和第一个控制光波长分别为1554.4 nm和1532.5 nm时,通过调节第二个控制光波长由1550.5 nm到1541.0 nm,输出信号光波长可从1536.0 nm调谐至1545.2 nm。当输入信号光波长改变时,通过改变第一个控制光波长以满足和频过程的准相位匹配条件,同时调节第二个控制光波长可以实现输出信号光波长的可调谐。实验中利用两个窄带可调谐滤波器有效抑制了掺铒光纤放大器引入的放大自发辐射噪声,同时观察到了波长下转换和波长上转换。     

基于光子晶体光纤中双抽运四波混频效应的非归零到归零码型转换实验研究

提出并实验证实了利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中双抽运四波混频效应实现非归零 (NRZ)到归零(RZ)码型转换的新方案, 将一束NRZ信号光与两束同步时钟脉冲光同时注入光子晶体光纤, 通过双抽运四波混频效应产生两个闲频光, 经过光学滤波后即可完成单到双全光NRZ-RZ码型转换. 与基于常规单抽运四波混频效应的码型转换方式相比, 本设计方案由于采用了双抽运四波混频效应, 因此具有双路组播信号波长可彼此独立选取的优点. 分析了码型转换器的波长调谐性及对输入光功率波动的容忍性, 得到转换信号的最优消光比和Q 因子分别为15 dB和5.4. 研究结果表明, 本方案既具有对比特率和调制格式透明的优点, 又避免了使用单抽运四波混频效应进行码型转换时两路组播信号波长相互制约的弊端, 且实现了全光波长转换和波长组播功能. 关键词： 码型转换 四波混频 双抽运 光子晶体光纤     

新型双环腔结构可调谐全光波长转换器的实验研究

利用周期性畴反转铌酸锂光波导级联和频与差频的二阶非线性效应，提出并实验验证了一种新颖的基于无源光波导双环腔结构的可调谐全光波长转换方案，实现了皮秒脉冲从信号光波长到空闲光波长的转换.采取的脉冲信号光脉宽为1.57ps，重复频率为40GHz，抽运光和控制光由双环腔激光器提供，无需任何外界注入连续光. 关键词： 全光波长转换器 双环腔 周期性畴反转铌酸锂 级联和频与差频二阶非线性效应     

基于PPLN波导中倍频与差频效应的全光波长转换

对准相位匹配的铌酸锂光波导中基于倍频与差频级联二阶非线性效应的全光波长转换进行了研究.在建立理论模型的基础上,分别对单脉冲以及序列光脉冲的波长转换过程进行了数值模拟,并对转换过程中的走离现象以及脉冲延迟进行了分析.模拟结果表明信号光与抽运光脉冲非同步输入的情况下可以克服走离效应的影响,得到更好的转换效率.另外,在抽运时钟脉冲的驱动下,输入的40 Gb/s的NRZ信号光可以转换为RZ转换光,且波形较好.     

在周期性极化铌酸锂波导中的波长转换与光谱分析

实验研究了在准相位匹配LiNbO3波导中级联的倍频和差频波长转换,通过对转换频谱分析和波形对比分析,讨论了在脉冲泵浦情况下走离效应对光脉冲之间波长转换的影响:由于波导的色散性能,不同波长的光脉冲在波导中传播具有不同的群速度,处在0.8μm光波段的倍频光脉冲比处在1.55μm光波段的泵浦光脉冲的传播速度慢,导致了倍频光脉冲与泵浦光脉冲在传播的过程中发生走离;因此倍频脉冲在频域被压缩而在时域被展宽,并遗传给差频过程使得转换脉冲的谱宽变窄、脉宽增加、占空比变大,表明脉冲光泵浦波长转换对信号频谱及波形不是严格透明的转换。实验同时实现了一对多通道的波长转换,表明连续控制光的线宽对转换信号的信噪比有较大的影响。     

Single-to-Multiple Channel Wavelength Conversions and Tuning of Picosecond Pulses in Quasi-Phase-Matched Waveguides

We report the single-to-multiple channel wavelength conversions of 1.57-ps pulses based on cascaded secondharmonic generation and difference frequency generation in quasi-phase-matched periodically poled lithium hiebate waveguides. For single-to-single channel wavelength conversion, no external cavity laser is required with use of a fibre ring laser. The conversion efficiency is about -21.44 dB. The converted idler wavelength can be tuned from 1526.4nm to 1537.5nm as the lasing pump wavelength is varied from 1566.1 nm to 1555.0nm. By employing several input pumps, tunable single-to-dual and single-to-triple channel wavelength conversions are experimentally demonstrated.     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。     

Experimental Study of Single- and Multicast Wavelength Conversion at 10 Gb/s Exploiting Four-Wave Mixing in Highly Non-Linear-Photonic Crystal Fiber with Widely Tunable Conversion Range

Abstract

Optical networking applications require the use of all-optical wavelength converters with input and output wavelength tenability as well as large numbers of multicasting channels. This article demonstrates the single-to-multiple wavelength conversion via multiple four-wave mixings between a 10-Gbit/s return-to-zero signal and several continuous waves co-propagating in a dispersion-flattened highly non-linear photonic crystal fiber. For single-to-single channel wavelength conversion, a wide conversion range of 31 nm is achieved with the optimal conversion efficiency of ?21.4 dB. By employing several continuous-wave probe lights, tunable single-to-dual and single-to-triple channel wavelength conversions are experimentally demonstrated, respectively. Moreover, the dynamic characteristics of the designed wavelength converter are studied under the conditions of variable input powers, polarization mismatch, and different lengths of the highly non-linear-photonic crystal fiber. The system is transparent to both bit rate and modulation format. This is very useful for engineering design and applications of optical-fiber-based wavelength converters in future ultra-high-speed photonic networks.     

基于光子晶体光纤中四波混频效应的单到双非归零到归零码型转换

归零(RZ)码与非归零(NRZ)码是波分复用和时分复用系统中广泛采用的两种码型, 全光NRZ到RZ码型转换能完成从波分复用到时分复用的网络接口功能, 是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理技术. 提出并实验证实了一种基于色散平坦高非线性光子晶体光纤中四波混频效应的单到双NRZ到RZ码型转换方法, 将一束信号光与同步时钟脉冲同时输入色散平坦高非线性光子晶体光纤中, 通过四波混频过程, 产生两个携带该数据信息的闲频光, 从而实现了单到双的NRZ到RZ码型转换功能, 码型转换器工作波长在193 nm范围可调谐, 最大转换效率为-21 dB, 最优消光比和品质因子分别为11.9 dB和7.2. 该方法的特点在于基于光纤中的四波混频效应工作, 因而具有对调制格式和比特率透明的优点, 同时, 光子晶体光纤特有的高非线与色散平坦性, 既避免了使用传统光纤需要较长的长度, 又避免了波长设置不灵活的弊端, 并具备可进一步增加带宽的能力, 且在码型转换的同时, 实现了波长转换, 完成了双通道波长组播功能. 整个系统为全光纤设计, 结构简单, 性能可靠, 并易于与现有的光纤通信系统相容, 对促进超高速大容量光子网络的发展具有重要意义. 关键词： 码型转换 四波混频 光子晶体光纤     

Experimental observation of tunable wavelength down- and up-conversions of ultra-short pulses in a periodically poled LiNbO3 waveguide

All-optical tunable wavelength conversion of ps-pulses is proposed and experimentally demonstrated by use of cascaded sum- and difference frequency generation (cSFG/DFG) in a periodically poled LiNbO₃ (PPLN) waveguide. The amplified spontaneous emission (ASE) noise is effectively suppressed by employing two tunable filters. As a result, tunable wavelength down- and up-conversions are simultaneously observed. The temporal evolutions of the signal, pump, control and idler waves propagating along the PPLN waveguide are simulated. From the temporal waveforms and optical spectra in the simulations, it is interesting to find that continuous wave (CW) pump and control are evolved into optical pulses during the cSFG/DFG nonlinear interactions. Moreover, some new sidebands in the output pump spectrum are observed both in the simulations and experiments.     

Wavelength conversion in a Ti:PPSMgLN channel waveguide

A periodically poled titanium (Ti)-diffusion waveguide in near-stoichiometric MgO:LiNbO₃ (SMgLN) was fabricated that exhibits a second harmonic generation (SHG) efficiency of 63%. The device shows very high resistance to photorefractive damage at room temperature. All optical wavelength conversion by difference frequency generation (DFG) has been demonstrated in a periodically poled SMgLN (PPSMgLN) with Ti-diffusion channel waveguides. The wavelength conversion efficiency was measured to be −7.3 dB with the pump power of 150 mW and the signal power of 50 mW at room temperature.     

基于光纤激光器的中红外差频多波长激光产生

针对由YDFL和EDFL作为基频光源的QPM-DFG激光系统,利用PPMgLN晶体的色散关系及其温度特性,有效拓宽了QPM波长接受带宽.模拟结果表明,当采用1550和1060 nm波段的EDFL和YDFL分别作为DFG的信号和抽运光源时,对于相同的中红外波段,满足QPM条件所允许的抽运光波长变化范围远大于信号光波长变化范围.当固定信号光波长为1560 nm时,对于给定的晶体温度,1060 nm波段抽运光的QPM接受带宽超过17 nm,对应于中红外差频光带宽可约180 nm.采用多波长YDFL作为抽运源,单 关键词： 差频产生 准相位匹配 多波长中红外 光纤激光器