单到单和单到双信道皮秒脉冲全光波长转换的实验研究

基于周期极化反转铌酸锂（PPLN）光波导级联倍频和差频（SHG+DFG）的二阶非线性效应,提出并实验研究了皮秒脉冲的可调谐波长转换以及单信道到双信道的波长转换.信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的脉冲信号.连续抽运光由光纤环形腔激光器（FRL）提供.不同于传统的SHG+DFG型波长转换,信号光固定在PPLN光波导倍频过程的准相位匹配（QPM）波长处,通过调节抽运光的波长实现了转换空闲光的可调谐输出.当使用两个抽运光时实验观察到了单信道到双信道的波长转换.     

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     

准相位匹配级联二阶非线性全光波长转换研究

对基于级联和频差频非线性效应铌酸锂光波导新型全光波长转换器进行了理论研究。这种新型波长变换器需要两束抽运光源,它将输入的抽运光波长置于信号光波段窗口的两边,抽运光波长与信号光波长相近容易实现最佳耦合又不会占用信号波段,而且具有偏振不敏感的优点。从建立级联和频差频铌酸锂光波导全光波长转换器的理论模型出发,给出了波导中光相互作用的耦合模方程;利用逐步法详细推导了耦合模方程的解,得出了物理意义清晰的转换光功率表达式,分析了非线性晶体相互作用长度、抽运光功率对转换效率的影响,为级联和频差频铌酸锂光波导全光波长转换器优化设计提供了理论依据。     

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     

基于和频与差频级联的全光单光子波长变换

基于周期极化铌酸锂波导,提出了一种采用和频产生与差频产生级联的全光单光子波长变换方案.在海森堡绘景下,通过非线性变换过程的哈密顿量求解了目标单光子信号的湮灭算子,进而根据变换前后的光子数算符之比得到了单光子波长变换的效率.分析了和频产生过程以及差频产生过程中单光子的转换效率与泵浦功率之间的关系,证明了存在最佳泵浦功率使得量子态能够完全转移.数值分析结果表明,当上变换(和频产生)泵浦光功率为65 mW、下变换(差频产生)泵浦光功率为150 mW时,由1550 nm到1530 nm的单光子波长变换可达到61％的转换效率.给出了级联单光子波长变换的实验装置,包括周期极化铌酸锂波导、泵浦激光、准单光子信号源、滤波等光学元器件、单光子探测器和同步线路.     

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.     

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     

高功率,红光至中红外可调谐腔内和频光学参量振荡器

本文利用高重复频率,高平均功率大模场面积飞秒光纤激光器作为同步抽运源,抽运以多周期极化掺氧化镁铌酸锂为非线性晶体的单共振光学参量振荡器,获得了高功率可调谐红光至中红外光,信号光调谐范围为1450—2200 nm,闲频光调谐范围为2250—4000 nm,在2 W的抽运功率下,信号光输出波长为1502 nm时获得最大输出功率374 mW,转换效率为18.7%,脉冲宽度为144 fs,此时中红外输出中心波长为3.4μm,平均功率为166 mW.再利用BBO晶体对信号光进行腔内和频,获得和频光输出波长调谐范围为610—668 nm,在4.1 W抽运的情况下,最高平均功率为615 nm处的694 mW,转换效率达16.9%.     

级联差频产生太赫兹辐射的理论研究

针对差频产生太赫兹(THz)辐射转换效率低的缺点,提出了级联差频的新机理以提高转换效率,并以ZnTe晶体为例,对级联差频产生THz辐射的原理和过程进行了理论研究.通过对级联差频耦合波方程组的求解,得出了ZnTe晶体中级联差频的最佳抽运条件和ZnTe晶体的最佳长度,并且分析了晶体吸收、波矢失配及抽运强度对级联差频的影响.计算结果表明,通过级联差频可以大大提高THz波的转换效率,其光子转换效率甚至可以超过Manley-Rowe关系的限制. 关键词： 太赫兹辐射 差频 级联 ZnTe晶体     

基于半导体光放大器平行双抽运对OFDM光信号进行全光波长变换性能研究

研究了基于半导体光放大器平行双抽运对光正交频分复用信号进行全光波长变换的系统.信号光源经2Gb/s电信号直接调制后再和双抽运光耦合,经半导体光放大器后,由于四波混频效应而产生新的波长的信号光.实验结果显示,经半导体光放大器四波混频效应后,产生新的波长的信号光将携带OFDM信号且偏振不敏感,转换效率与双抽运光之间的波长间隔,抽运与信号光波长间距,信号光与泵浦光之间的偏振夹角等有关.同时也测量了转换的OFDM信号的功率-误码曲线和接收星座图.     

Ultrabroad-band wavelength converter with high flattening conversion efficiency in a semiconductor optical amplifier

The efficiency of ultrabroad-band wavelength conversion using orthogonal-pump four-wave mixing in a semiconductor optical amplifier is measured for the wavelength shifts from 1500 to 1640 nm. The variation of conversion efficiency is ＜ 0.9 dB over the wavelength range from 1530 to 1560 nm (C-band), and ＜ 4.5dB over the wavelength range from 1560 to 1610 nm (L-band). The maximum conversion efficiency is about -8.7 dB.     

Broadband wavelength converter based on four-wave mixing in a highly nonlinear photonic crystal fiber

We demonstrate a 10 Gbit/s nonreturn-to-zero wavelength converter based on four-wave mixing in a 20 m highly nonlinear photonic crystal fiber. The tunable wavelength conversion bandwidth (3 dB) is about 100 nm. The conversion efficiency is -16 dB when the pump power is 22.5 dBm. Phase modulation was not used to suppress the stimulated Brillouin scattering; thus the linewidth of the converted wavelength remained very narrow. The eye diagrams show that there is no additional noise during wavelength conversion. The measured power penalty at a 10(-9) bit-error-rate level is about 0.7 dB.     

基于光子晶体光纤的全光波长变换研究

选用具有高非线性系数和非常灵活色散特性的光子晶体光纤(PCF)作为波长变换的媒质,对基于光子晶体光纤四波混频效应的波长变换进行了理论分析,设计实验系统,并进行了实验.实现了中心波长在1 550 nm附近、基于PCF四波混频效应的全光波长变换,最大转换效率－22 dB,转换带宽28 nm.     

长腔DFB半导体激光器非简并四波混频波长转换效率

本文从理论上计算了长腔DFB-LD中基于非简并四波混频的波长转换效率,由耦合波方程的数值解,得出波长转换效率与腔长、泵浦光功率、增益系数、DFB-LD谐振光与注入光的频率失谐量等的关系.数值计算结果表明,通过提高泵浦光功率、增益和腔长可有效地增大波长转换效率.     

分布反馈激光器中剩余法布里-珀罗腔模对非简并四波混频特性的影响

基于四波混频(FWM)的全光波长转换技术是未来多波长通信系统的核心技术之一。除半导体光放大器(SOA)外,半导体激光器也是进行波长变换的器件。实验研究了小频率失谐到大频率失谐下分布反馈(DFB)激光器中剩余法布里珀罗腔模对非简并四波混频(NDFWM)的影响,并对其四波混频转换效率进行了分析。结果表明:当探测光波长与法布里珀罗腔的某一谐振波长一致时,分布反馈激光器中的四波混频转换效率将得到显著的增强;当频率失谐为太赫兹时,仍可得到较高的四波混频转换效率。     

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.     

基于光纤中SRS效应的全光波长转换

提出利用光纤中非线性效应受激喇曼散射（stimulated Raman scattering, SRS）实现波长转换的原理方案和相应的理论分析模型,并进行实验验证,将经过放大后的信号光和连续探测光同时注入光纤,在光纤中进行SRS放大,实现信号之间的转换。结果表明:利用SRS可实现波长转换,可实现跨几个THz的波长之间的转换。得到最大转换效率和消光比分别为-17.3 dB和15.7 dB。通过改变探测光的波长,可实现相隔几个THz光信号的全光波长转换和可调谐波长转换。     

Reduction of light signal pulse distortion in cascaded sum-frequency-generation and difference-frequency-generation wavelength conversion

Cascaded sum-frequency-generation (SFG) and difference-frequency-generation (DFG) can implement a wavelength conversion between arbitrary combinations of input and output signal wavelengths. By using a tunable wavelength pump light, the output wavelength can be tuned to a desired wavelength. As in many wavelength conversion devices using the nonlinear optical effect, the group velocity difference between light pulses with different wavelength causes a walk-off effect deforming the output pulse shape. Thus the device length should be kept short to avoid the walk-off effect resulting in limited conversion efficiency. In this report, we propose a method for a quasi-phase matched (QPM) device to maintain the pulse shape of the SFG light pulse along the propagation distance. The output DFG light pulse deformation is suppressed and the conversion efficiency can be increased by extending the device length.     

抽运激光在光靶中的局域及其对X射线激光特性的影响

新型X射线靶设计为:由SiO2和TiO2组成具有12个周期的一维光子晶体,在它的中间嵌入光靶材料层作为缺陷层,SiO2,TiO2和光靶层的光学厚度分别为λ4、λ4和λ2,λ为抽运激光波长.与普通平板光靶相比,当抽运光垂直照射到这种光靶时,靶层内部的光强将提高2个数量级,所以抽运激光的阈值强度将降低2个数量级,这有利于X射线激光的小型化.在同样的抽运激光照射下,X射线激光的强度将提高4个数量级,转换效率也将提高约4个数量级.由于平均电离度随抽运激光强度的提高而提高,所以采用这种光靶有利于使X射线激光向短波长推进. 关键词： X射线激光 光子晶体 光波局域     

超宽带可调谐SOA四波混频波长变换器的实验研究

基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器中的双泵浦四波混频效应,构成超宽带并且完全透明的波长变换器,成功实现1550nm窗口2.5Gb/s信号的可调谐波长变换,变换效率在50nm范围内保持基本平坦,同时测出了SOA增益和自发辐射(ASE)噪音功率的关系.实验结果表明,在一定限制条件下,提高泵浦功率可以提高变换信号的信噪比.