CN101247179A - Sbs慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置 - Google Patents

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潘炜
罗斌
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Abstract

本发明公开了一种SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括：宽带光源，第一起偏器和特征光器件。采用本发明的设计通过对宽带光源进行周期性滤波，从而同时输出多个相对已经展宽的泵浦源。这些由同一宽带光源产生的多个泵浦源可以用在多信道系统中同时产生慢光效应，也可以同时作用在一个信道上来优化最后的增益谱。降低了系统的复杂程度和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统的性能。

Description

SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置
技术领域
本发明涉及光通信(含光网络)及光信息处理领域，尤其是利用光纤产生慢光延迟的装置。
背景技术
慢光延迟利用不同的物理机制，将光的传输速度在介质中加以控制以便应用在不同的领域，主要包括：(1)光信息处理；(2)光通信系统及全光网络。
目前的光通信系统与网络中某些关键技术还是通过将光信号转化为电信号来实现，例如信息的存储、路由、开关以及其他信号的处理。显然，传统的光电转换由于受转换极限速率以及成本的限制已不能满足网络容量的发展需求，下一代光通信系统的必然方向将是全光通信。在这样的网络或系统中，不是通过光电转换来处理光信息，而是直接利用光来控制光信号，如图2所示的典型全光交换节点。主要功能如同步，缓存，路由，开光以及信息的提取等等都由光来实现。
EIT/CPO等产生慢光延迟的方法对实验条件要求较高，系统复杂，只能在一些特殊气体或晶体中针对某些特定波长的光实现光速减慢，难以实用。本发明主要着眼基于光纤受激布里渊散射导致的慢光效应。
SBS为一种窄带放大过程，可以理解为两束相向传播的光(泵浦光和Stokes信号光)的相互作用。如果泵浦光足够强而且与Stokes光之间满足相位匹配条件就会产生声子。声子散射泵浦光使之转变为Stokes光，产生窄带增益。通过这一过程，泵浦光引起Stokes光的传播常数发生改变，从而使其频率发生变化。考虑到以Stokes光波长传输的光脉冲，传播常数β随频率的突变会导致群速度(定义为Vg＝dω/dβ)的强烈变化，从而使光脉冲加速或延迟，其增益与产生的延时之间的关系如图3a所示。可以看到，增益和延时谱都呈现窄带的单峰值形状，而且理论上最大的延时对应着色散为零的增益峰值波长处。
采用SBS这种机制作为研究重点之一的原因包括：(a)宽带的可调波长范围；(b)室温下可工作；(c)相对简单的实验要求；(d)与光纤通信系统内在的可集成性(工作波长，光纤传输介质等等)。本发明也是针对基于在光纤中的SBS慢光效应系统设计的。理论上，当相干光源用作泵浦源来产生SBS效应时，增益谱为洛仑兹形状，其带宽只有几十兆赫兹(～35MHz)，远远不能满足实际传输系统的要求。目前，对工作带宽问题的解决主要是通过对相干的泵浦源进行频率调制，如直接或高斯电噪声调制[M.G.Herráez，K.Y.Song，and L.Thévenaz，“Arbitrary-bandwidthBrillouin slow light in optical fibers，”Opt.Express，14，1395-1400，2006]，外相位调制[L.Yi，L.Zhan，W.Hu，Y.Xia，“Delay of Broadband SignalsUsing Slow Light in Stimulated Brillouin Scattering With Phase-ModulatedPump，”IEEE Photon.Technol.Lett.，19，619-621，2007]和中国专利申请20061015013.4。其构造框图如图4所示，经调制后由高功率光放大器放大。一般调制频率为几个GHz，增益带宽则为宽带的泵浦谱与其内在的MHz增益谱的卷积，这样可以使得目前的慢光增益/延时谱宽达到几十个GHz以上，从而可以满足单通道通信信号传输的要求。
由图4的结构看出，其方法采用的都需要相对昂贵的光电子器件(如直调激光器，相位调制器等等)。更进一步讲，如果是一个多信道(多信号波长)的慢光系统，对每一个通道则都需要这样一个装置，最终系统的复杂程度和成本可想而知。
另外，对SBS慢光效应来讲，增益的带宽与产生的延迟是相互矛盾的，提高带宽会减少延时量，反之亦然。因此，研究人员也不断地向不同方法来优化或提高整个(延迟*带宽)参数，例如对不同泵浦源的比较[R.Pant，M.D.Stenner，M.A.Neifeld，and D.J.Gauthier，“Optimal pumpprofile designs for broadband SBS slow-light systems，”Opt.Express，2007]，或采用两个增益峰来增大延迟[K.Y.Song，M.G.Herraez，and L.Thevenaz，“Gain-assisted pulse advancement using single and doubleBrillouin gain peaks in optical fibers，”Opt.Express，13(24)，9758-9765，2005]。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是研究一新的技术途径设计多波长的泵浦源结构装置来(a)提高单个信道的(延迟*带宽)参数；并(b)适用于多信道系统同时能够产生慢光延迟。使之降低系统的复杂程度和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统的性能。
本发明的目的是通过如下的手段实现的：
SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括：宽带光源，第一起偏器和特征光器件。
采用本发明的设计，不采用普通激光器作为泵浦源，而是采用宽带的光源(如宽带ASE-自发辐射放大光源)。通过对宽带光源进行周期性滤波(滤波周期可以固定或可调)，从而同时输出多个相对(与普通激光器对比)已经展宽的泵浦源(相互之间的幅度对比可以固定或可调)。这些由同一宽带光源产生的多个泵浦源可以用在多信道系统中同时产生慢光效应，也可以同时作用在一个信道上来优化最后的增益谱。降低了系统的复杂程度和设备成本，同时也能够动态优化不同慢光系统的性能。
附图说明如下：
图1为全光网络的一个节点示意图。
图2为基于受激布里渊散射(SBS)慢光效应中增益与延时谱图。
图3为现有技术中两种泵浦优化方式构造框图。
图4为本发明原理示意和构造框图。
图5为本发明可调的偏振群时延模块工作方式框图。
图6为本发明可调多波长泵浦源相对幅度工作方式框图。
图7为本发明实施例实施方式构造框图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图4表达了本发明基本原理，宽带光源101经过一个起偏器102后，再通过一个光学滤波器103。这个光学滤波器不是单一波长的，而是能够产生周期性滤波效果的(如法-铂腔，即F-P光滤波器)。这样一来，通过滤波器后将产生多个泵浦波长。与具有相干性的普通激光器相比，这些非相干的波已经是相对宽带的了，不需要再采取措施来展宽，因而可以直接作为泵浦源用于慢光系统104。这样相当于我们同时有了一系列的泵浦源。在应用上，对于多波长系统，这些泵浦源可以同时作用在相应的信道上，同时产生慢光效应；而对于单波长系统，如果(滤波器)选择合适，这些泵浦源可以产生综合效果，进一步优化单波长慢光效应的增益谱宽度，以适应更高传输码率的传输。
考虑到F-P光滤波器的间距都是固定的，而在真实系统中，很多情况下希望能够动态调整泵浦源谱线之间的间距，这样做除了保持采用F-P光滤波器所能达到的基本用途外，还具有(a)对不同信道间距的多波长系统可以通过调整谱线间距来达到匹配；(b)对于优化增益谱和延迟范围显然多了一个自由度。
为实现可调间距的谱线输出，我们设计了图5所示的结构。宽带光源201通过第一个起偏器202后，再通过一个可调的偏振群时延(Differential Group Delay-DGD)模块203，DGD模块203的结构与文献[L.-S.Yan，C.Yeh，G.Yang，L.Lin，Z.Chen，Y.Q.Shi，A.E.Willner，andX.Steve Yao，“Programmable group delay module using binary polarizationswitching，”J.Lightwave Technol.，21(7)，1676-1684，2003]相同。模块203输出后再通过第二个起偏器204。通过调整203模块DGD值的大小，可以使谱线间距动态改变，产生如205A或205B这样不同的输出，再去作用于慢光系统206。对所选DGD模块而言，输出的一系列泵浦源相互之间的谱线间距Δλ与DGD值之间的关系符合：
Δλ(nm)＝8.01/DGD(ps)atλ＝1550nm
考虑到在一些情况下，输出的泵浦谱线之间相对的幅度不一定要保持相同，而是希望能够有一定的趋势(如随着波长增大而幅度增大或减小)。对这样的要求，图6给出了进一步提出了解决方案，适合图4和图5方案的进一步选择性优化。以图4方案为例，在图4有301，302和303组成的多泵浦输出的基础上，再增加一个模块304来调整输出相对幅度关系。例如，采用长周期光纤光栅，然后再作用于慢光系统305。通过这样几种相关补充的泵浦设计，能够进一步提高系统优化的可能性，适应不同系统的要求。
一个典型的具体实施例子如图7所示。从激光器401产生的光信号经电光调制器402调制后，生成信息码流(如RZ-DPSK)，再由一掺铒光纤放大器(EDFA)403将信号放大，经可调光衰减器404将信号功率控制到合适值。偏振控制器405用来将光信号的偏振态调整好，应增强慢光效应。光信号通过光纤环形器406进入到长度为2000米的高非线性光纤407中。而多波长输出的泵浦光则由宽带光源409经第一个起偏器410，可调偏振群时延模块411和第二个起偏器后，由高功率擦掺铒光纤放大器413进行放大(用的是2W输出的ManLight公司的高功率EDFA)，经又一环形器408反向进入高非线性光纤与信号相互作用，通过SBS效应产生适当的慢光输出。信号通过第二个可调光衰减器414后再通过光纤放大器415后经光滤波器416选择出需要测量的信道，而后由接收机417探测到光信息码流并输出给误码仪418进行形能分析。

Claims (8)

1、SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，在具有一个或一个以上信道的慢光系统中提供泵浦光源，光路设置中顺序包括：宽带光源，第一起偏器和特征光器件。
2、根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，所述特征光器件周期性滤波器件。
3、根据权利要求2所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，所述周期性滤波器件滤波周期可以固定或可调。
4、根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，所述特征光器件由可调的偏振群时延模块及与之顺序相连的第二起偏器构成。
5、根据权利要求2所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，其特征在于，所述周期性滤波器件为F-P光滤波器。
6、根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，在所述特征光器件后顺序连接一相对幅度调节构件。
7、根据权利要求6所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，在所述相对幅度调节构件为一长周期光纤光栅。
8、根据权利要求1所述之SBS慢光延迟用宽带光源优化泵浦装置，其特征在于，所述宽带光源采用宽带ASE-自发辐射放大光源。
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