CN104460176A - 一种光波长转换器的设计方法 - Google Patents

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CN104460176A CN201410815153.1A CN201410815153A CN104460176A CN 104460176 A CN104460176 A CN 104460176A CN 201410815153 A CN201410815153 A CN 201410815153A CN 104460176 A CN104460176 A CN 104460176A
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吴海东
伍韵文
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Abstract

本发明公开了一种光波长转换器的设计方法包括：步骤1：定义能够同时获得较大的带宽和较高的转换平坦性的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。

Description

一种光波长转换器的设计方法
技术领域
本发明涉及光波长转换器设计研究领域，尤其涉及一种光波长转换器的设计方法。
背景技术
随着网络业务的高速增长，各类宽带和多媒体业务的市场不断增长，高速大容量的综合业务网络已成为现代通信网络的发展趋势。全光通信网正从之前的点对点通信向多波长光纤网络方向快速发展，利用光学非线性效应实现对高速光信号的全光处理已成为光网络发展的需求之一，而如何对网络中的多波长信号进行传输、控制和交换等已成为亟待解决的问题。
目前，波长转换技术是未来全光通信网中的一项关键技术，而基于准相位匹配(Quasi-phase matching,QPM)晶体的波长转换技术近年来受到国内外学者的广泛关注，与其它波长转换技术相比它具有许多无法比拟的优点，如转换效率高、转换速度快、无附加噪声和啁啾、对信号光速率和调制格式完全透明等优点。
在QPM晶体中实现1.5μm波段信号光波长转换的最简单的方法是利用差频(Difference Frequence Generation,DFG)效应，但是此时所需的泵浦光不处于光通信波段。为了解决这个问题，人们在DFG之前级联了另外一个二阶非线性过程：倍频(Second-harmonic Generation,SHG)过程或和频(Sum FrequenceGeneration,SFG)过程，使得所需的泵浦光和信号光都处于1.5μm波段，相应的级联二阶非线性过程被称为级联SHG+DFG和级联SFG+DFG。级联SFG+DFG具有两个泵浦源，因此可通过调节其中一束泵浦光的波长来实现可调谐波长转换。相对级联SFG+DFG而言，级联SHG+DFG只需要一个泵浦源，所以降低了实验系统的复杂性，简化了实验操作。根据倍频光(或和频光)在晶体中的传输次数，级联二阶非线性过程又可分为单通和双通两种构型，不同的构型会对波长转换器的特性产生不同的影响。
一般研究过程当中所使用的QPM晶体的周期结构都是均匀的。对于波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)系统的多信道波长转换而言，希望转换带宽大且转换效率曲线平坦，而基于均匀周期QPM晶体的波长转换器的转换带宽很小(在60nm左右)。虽然个别方案获得了较大的结果，但带宽大小还无法让人满意。已有研究表明，利用非均匀的极化周期结构，如线性啁啾结构、分段结构、分段相移结构或多波长相位匹配结构等可以有效地扩展转换带宽，提高泵浦稳定性，不过这些研究都是只针对单一的SHG效应或DFG效应。
近些年来，Liu和Gao等人对基于级联SHG+DFG效应的波长转换器的特性进行了研究，不过他们的方案都关注于尽可能大的去扩展转换带宽，因此转换效率的平坦度相对较差。
综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，传统的波长转换器,采用均匀周期结构的QPM波导,信号光转换带宽和抽运光调谐带宽都十分有限；分段光栅结构和正弦啁啾光学超晶格结构关注了扩展波长转换器的带宽并取得了良好的效果，使带宽很好地改善但仅限于此，转换平坦性较差。所以，现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种光波长转换器的设计方法，解决了现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题，实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种光波长转换器的设计方法，所述方法包括：
步骤1：定义能够同时获得带宽和转换平坦性均较优的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；
步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；
步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；
步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；
步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
进一步的，所述步进啁啾PPLN晶体结构模型具体为：
PPLN晶体总长度为L，沿着光的传播方向(x轴正向)将晶体分成p段，每段晶体都对应一个统一的极化周期Λj(j＝1,2,3,…,p)，其中，p为大于等于3的正整数，每段的长度为Lj＝nΛj，其中，第一段的极化周期Λ1＝ΛSHG+δΛ，第一段之后的每一段的极化周期相对于其前一段都只改变ΔΛ。
进一步的，所述约束条件具体为：转换效率曲线的平坦度≤0.2dB(即最大转换效率ηmax-中心转换效率η0≤0.2dB)，所述初始条件具体为：泵浦光功率为100mW，信号光功率为1mW，工作温度为150℃，泵浦光波长为1.55μm，晶体长度为3cm，利用倍频相位匹配公式计算得到倍频过程完全相位匹配时的极化周期ΛSHG＝18.511μm。
进一步的，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线，具体包括：利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，得到N条波长转换特性曲线。
进一步的，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线，具体包括：在晶体不分段(即1段)时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时仅对δΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分为2段时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分别分为3、4、5段时，在每种分段情况下都重复晶体分为2段时的过程，得到晶体分别分为3、4、5段时满足约束条件下的优化波长转换特性曲线。
进一步的，所述根据步骤4的结果确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，具体包括：根据步骤4所得到的结果，获得晶体分为j(j＝1,2,3,4,5)段时每一段晶体对应的极化周期Λj，所述极化周期即为基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了将光波长转换器的设计方法设计为包括：步骤1：定义能够同时获得较大的带宽和较高的转换平坦性的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，对步进啁啾结构、分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构三种结构的波长转换器的转换特性曲线进行比较，选择较优的波长转换器的技术方案，即，通过对比分析，步进啁啾QPM结构具有良好的综合特性，是获得高效、平坦的宽带转换特性的较佳选择，步进啁啾QPM结构，基于级联SHG+DFG效应的步进啁啾QPM结构的全光波长转换器，不仅在扩展波长转换带宽方面效果甚佳，而且能保持较高的波长转换效率和较好的平坦度，且本方案不是以单一的增大带宽或者提高转换效率或者达到某一平坦度等为设计目标而牺牲了其它的特性，而是会综合考虑转换效率的大小、平坦性以及转换带宽等因素给出一种合理的、操作简便的、较优的、易于实现、高效、平坦的宽带波长转换方案，所以，有效解决了现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题，进而实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。
附图说明
图1是本申请实施例一中光波长转换器的设计方法的流程图；
图2是本申请实施例一中步进啁啾准相位匹配PPLN晶体结构模型示意图；
图3是本申请实施例一中在不同的δΛ和ΔΛ时基于三段步进啁啾结构PPLN晶体的波长转换器的转换效率示意图；
图4是本申请实施例一中不同段数波长转换器的转换效率曲线示意图；
图5是本申请实施例一中步进啁啾结构、均匀分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构下转换效率随信号光的变化曲线示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种光波长转换器的设计方法，解决了现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题，实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。
本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：
采用了将光波长转换器的设计方法设计为包括：步骤1：定义能够同时获得较大的带宽和较高的转换平坦性的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，对步进啁啾结构、分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构三种结构的波长转换器的转换特性曲线进行比较，选择较优的波长转换器的技术方案，即，通过对比分析，步进啁啾QPM结构具有良好的综合特性，是获得高效、平坦的宽带转换特性的较佳选择，步进啁啾QPM结构，基于级联SHG+DFG效应的步进啁啾QPM结构的全光波长转换器，不仅在扩展波长转换带宽方面效果甚佳，而且能保持较高的波长转换效率和较好的平坦度，且本方案不是以单一的增大带宽或者提高转换效率或者达到某一平坦度等为设计目标而牺牲了其它的特性，而是会综合考虑转换效率的大小、平坦性以及转换带宽等因素给出一种合理的、操作简便的、较优的、易于实现、高效、平坦的宽带波长转换方案，所以，有效解决了现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题，进而实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一：
在实施例一中，提供了一种光波长转换器的设计方法，请参考图1-图5，所述方法包括：
步骤1：定义能够同时获得较大的带宽和较高的转换平坦性的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；
步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；
步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；
步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；
步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
其中，在本申请实施例中，定义能够同时获得带宽和转换平坦性均较优的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型，所述步进啁啾PPLN晶体结构模型具体为：
PPLN晶体总长度为L，沿着光的传播方向(x轴正向)将晶体分成p段，每段晶体都对应一个统一的极化周期Λj(j＝1,2,3,…,p)，其中，p为大于等于3的正整数，每段的长度为Lj＝nΛj，其中，第一段的极化周期Λ1＝ΛSHG+δΛ，第一段之后的每一段的极化周期相对于其前一段都只改变ΔΛ。
其中，在本申请实施例中，请参考图2，图2为本申请实施例中步进啁啾准相位匹配结构模型示意图。
其中，在本申请实施例中，所述约束条件具体为：转换效率曲线的平坦度≤0.2dB(即最大转换效率ηmax-中心转换效率η0≤0.2dB)，所述初始条件具体为：泵浦光功率为100mW，信号光功率为1mW，工作温度为150℃，泵浦光波长为1.55μm，晶体长度为3cm，利用倍频相位匹配公式计算得到倍频过程完全相位匹配时的极化周期ΛSHG＝18.511μm。
其中，在本申请实施例中，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线，具体包括：利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，得到N条波长转换特性曲线。
其中，在本申请实施例中，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线，具体包括：在晶体不分段(即1段)时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时仅对δΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分为2段时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分别分为3、4、5段时，在每种分段情况下都重复晶体分为2段时的过程，得到晶体分别分为3、4、5段时满足约束条件下的优化波长转换特性曲线。
其中，在本申请实施例中，所述根据步骤4的结果确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，具体包括：根据步骤4所得到的结果，获得晶体分为j(j＝1,2,3,4,5)段时每一段晶体对应的极化周期Λj，所述极化周期即为基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
其中，在本申请实施例中，PPLN晶体具体为周期极化铌酸锂晶体。
其中，在本申请实施例中，步进啁啾是晶体结构模型的一种描述，由于本发明中晶体的极化周期存在下述关系：第一段之后的每一段的极化周期相对于其前一段都只改变ΔΛ，因此将这种晶体结构模型定义为步进啁啾。
其中，在本申请实施例中，所述约束条件具体为：转换效率曲线的平坦度≤0.2dB(即最大转换效率ηmax-中心转换效率η0≤0.2dB)，所述初始条件具体为：泵浦光功率为100mW，信号光功率为1mW，转换光功率为0mW，工作温度为150℃，泵浦光波长为1.55μm，晶体长度为3cm，利用倍频相位匹配公式计算得到倍频过程完全相位匹配时的极化周期ΛSHG＝18.511μm。
其中，在本申请实施例中，由于传输损耗α一般只引起转换效率的下降，而对转换带宽及平坦度几乎没有影响，所以后面分析过程当中忽略传输损耗的影响。
其中，在本申请实施例中，请参考图3，图3为采用三段步进啁啾结构时不同的δΛ和ΔΛ下转换效率随信号波长变化曲线示意图，δΛ表示第一段晶体的极化周期调整参数，ΔΛ表示相邻两段晶体之间的极化周期的跳变参数，图3为不同的δΛ和ΔΛ时基于三段步进啁啾结构PPLN晶体的波长转换器的转换效率，步进啁啾准相位匹配结构可以对转换带宽进行有效的扩展。如图3所示，当δΛ减小时平坦度变好，但转换带宽下降，反之δΛ增加时平坦度变差，但转换带宽得到扩展。当δΛ相同时，随着阶梯变化量参数ΔΛ的减小平坦度也会得到改善，但转换带宽下降，而随着ΔΛ增加平坦度变差，但转换带宽变大。此外ΔΛ还会影响转换效率的大小，无论ΔΛ增加还是减小，整体转换效率都会下降，在平坦度≤0.2dB的约束条件下，δΛ＝3nm、ΔΛ＝-1nm时转换带宽最大，为135nm，最大转换效率为-4.17dB(图3中粗线所示)。
其中，在本申请实施例中，当步进啁啾结构的段数继续增加时，转换带宽可以被进一步的扩展。图4为不同段数波长转换器的转换效率曲线示意图，不同段数时，在平坦度≤0.2dB的约束条件下转换效率随信号光的变化曲线。由图看出，对于基于SHG+DFG效应的波长转换器，通过合理设计δΛ和ΔΛ，不仅转换带宽增加了，转换效率及其平坦度也没有随着段数的增加而恶化，5段步进啁啾结构的转换带宽扩展到了170nm，这比均匀极化周期结构时提高了91nm，而且转换效率和平坦度几乎不变，改善效果明显。
其中，在本申请实施例中，最后统一对比分析了同样采用级联SHG+DFG效应时步进啁啾结构、分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构对波长转换特性的影响，结构如图5所示，图5为步进啁啾结构、分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构下转换效率随信号光的变化曲线示意图，当晶体分为3段时，采用步进啁啾结构时转换带宽比使用分段结构时稍差，但也达到了138nm，不过转换效率提高了0.59dB。更重要的是，使用步进啁啾准相位匹配结构时平坦度仅约为0.2dB，这比使用分段结构时的0.8dB改善了约0.6dB，因此步进啁啾准相位匹配结构具有更平坦的转换特性。与正弦啁啾光学超晶格结构相比，步进啁啾结构转换带宽宽虽然小了4nm，但转换效率和平坦度方面都占优势，分别提高了约8.12dB和0.34dB，而且步进啁啾结构相对而言在结构上更简单，所以在实际中更易实现。通过对比分析，步进啁啾QPM结构具有良好的综合特性，是获得高效、平坦的宽带转换特性的较佳选择。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
由于采用了将光波长转换器的设计方法设计为包括：步骤1：定义能够同时获得较大的带宽和较高的转换平坦性的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，对步进啁啾结构、分段结构和正弦啁啾光学超晶格结构三种结构的波长转换器的转换特性曲线进行比较，选择较优的波长转换器的技术方案，即，通过对比分析，步进啁啾QPM结构具有良好的综合特性，是获得高效、平坦的宽带转换特性的较佳选择，步进啁啾QPM结构，基于级联SHG+DFG效应的步进啁啾QPM结构的全光波长转换器，不仅在扩展波长转换带宽方面效果甚佳，而且能保持较高的波长转换效率和较好的平坦度，且本方案不是以单一的增大带宽或者提高转换效率或者达到某一平坦度等为设计目标而牺牲了其它的特性，而是会综合考虑转换效率的大小、平坦性以及转换带宽等因素给出一种合理的、操作简便的、较优的、易于实现、高效、平坦的宽带波长转换方案，所以，有效解决了现有的波长转换器存在波长转换带宽有限，转换平坦性较差的技术问题，进而实现了采用本方法设计的光波长转换器具有扩展波长转换带宽效果较佳，且能够保持较高的波长转换效率和较好的平坦度的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种光波长转换器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：定义能够同时获得带宽和转换平坦性均较优的步进啁啾准相位匹配的PPLN晶体结构模型；
步骤2：给定波长转换特性的约束条件和初始条件；
步骤3：确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线；
步骤4：确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线；
步骤5：根据步骤4的结果，确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步进啁啾PPLN晶体结构模型具体为：
PPLN晶体总长度为L，沿着光的传播方向将晶体分成p段，每段晶体都对应一个统一的极化周期Λj，j＝1,2,3,…,p，其中，p为大于等于3的正整数，每段的长度为Lj＝nΛj，其中，第一段的极化周期Λ1＝ΛSHG+δΛ，第一段之后的每一段的极化周期相对于其前一段都只改变ΔΛ。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件具体为：转换效率曲线的平坦度≤0.2dB，所述初始条件具体为：泵浦光功率为100mW，信号光功率为1mW，工作温度为150℃，泵浦光波长为1.55μm，晶体长度为3cm，利用倍频相位匹配公式计算得到倍频过程完全相位匹配时的极化周期ΛSHG＝18.511μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下三段步进啁啾准相位匹配结构的波长转换特性曲线，具体包括：利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，得到N条波长转换特性曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在所述约束条件和所述初始条件下五种分段情况时步进啁啾准相位匹配结构的优化波长转换特性曲线，具体包括：在晶体不分段，即为1段时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，所述N为大于等于1的正整数，每次求解时仅对δΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分为2段时，利用龙格-库塔法对基于SHG+DFG的全光波长转换过程的耦合方程进行N次求解，每次求解时都对δΛ和ΔΛ参数进行调整，从所得结果中得到满足约束条件时的优化波长转换特性曲线；当晶体分别分为3、4、5段时，在每种分段情况下都重复晶体分为2段时的过程，得到晶体分别分为3、4、5段时满足约束条件下的优化波长转换特性曲线。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据步骤4的结果确定基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数，具体包括：根据步骤4所得到的结果，获得晶体分为j段时每一段晶体对应的极化周期Λj，j＝1,2,3,4,5，所述极化周期即为基于步进啁啾PPLN晶体结构的波长转换器的设计参数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105824164A (zh) * 2016-04-18 2016-08-03 华北电力大学（保定） 一种基于贝塞尔啁啾光栅结构的全光波长转换器的设计方法
CN109659804A (zh) * 2019-01-08 2019-04-19 中国科学院福建物质结构研究所 用于产生波峰可调的宽带橙光激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434700A (en) * 1993-12-16 1995-07-18 Bell Communications Research, Inc. All-optical wavelength converter
CN1439911A (zh) * 2003-03-04 2003-09-03 清华大学 正弦啁啾超晶格结构
CN101661133A (zh) * 2008-08-26 2010-03-03 华为技术有限公司 一种光波导及其制备方法和一种波长转换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434700A (en) * 1993-12-16 1995-07-18 Bell Communications Research, Inc. All-optical wavelength converter
CN1439911A (zh) * 2003-03-04 2003-09-03 清华大学 正弦啁啾超晶格结构
CN101661133A (zh) * 2008-08-26 2010-03-03 华为技术有限公司 一种光波导及其制备方法和一种波长转换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAO LIU等: "Flat broadband wavelength conversion based on cascaded second-harmonic generation and difference frequency generation in segmented quasi-phase matched gratings", 《JOURNAL OF MODERN OPTICS》 *
刘涛等: "阶梯分段准相位匹配结构的平坦宽带波长转换", 《光子学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105824164A (zh) * 2016-04-18 2016-08-03 华北电力大学（保定） 一种基于贝塞尔啁啾光栅结构的全光波长转换器的设计方法
CN109659804A (zh) * 2019-01-08 2019-04-19 中国科学院福建物质结构研究所 用于产生波峰可调的宽带橙光激光器

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