CN105319739B - 基于受激布里渊散射的光开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于受激布里渊散射的光开关，其包括顺次连接的第一光纤、第一光环行器、光衰减器、光隔离器、第二光纤、第二光环行器和光偏振分束器，泵浦光源经光纤耦合器分为第一泵浦光和第二泵浦光，分别连接第一偏振控制器及第二偏振控制器，第一偏振控制器及第二偏振控制器分别连接第一光环行器和第二光环行器，第一光纤用于接收信号光。当泵浦光源关闭时，信号光从光偏振分束器的第一偏振态端口输出；当泵浦光源开启时，在两段光纤中产生的受激布里渊散射效应使信号光的偏振态偏转90度，信号光从光偏振分束器的第二偏振态端口输出，实现光开关功能。通过上述方式，本发明的光开关具有与现有光通信系统兼容、结构简单且便于调节等优点。

Description

基于受激布里渊散射的光开关

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于受激布里渊散射的光开关。

背景技术

光开关是一种具有一个或多个传输端口、可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。近年来，以DWDM(Dense Wavelength DivisionMultiplexing，密集型光波复用)为基础的全光网络已成为电信网络中的重要发展方向，不同波长的光信号在网络中要实现路由必然要采用光开关，光开关可以实现光波在时间、空间、波长上的切换，因此光开关是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。当前，光开关技术正朝着大消光比、低插入损耗、与光纤高耦合效率、紧凑的器件尺寸、高开关速度等方向发展。

现有的光开关技术通常有马赫增德尔干涉仪光开关、光微机电光开关、热光效应光开关等，这些光开关技术不仅结构复杂，而且存在插入损耗大、与光纤耦合效率低、无法与现有光通信系统完全兼容等方面的不足。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于受激布里渊散射的光开关，能够便于调节，并与现有光通信系统完全兼容。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于受激布里渊散射的光开关，包括第一光纤、第二光纤、第一光环行器、第二光环行器、光衰减器、光隔离器、泵浦光源、光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器和光偏振分束器，所述第一光纤、第一光环行器、光衰减器、光隔离器、第二光纤、第二光环行器和光偏振分束器顺次连接，所述泵浦光源经所述光纤耦合器连接所述第一偏振控制器及第二偏振控制器，所述第一偏振控制器连接所述第一光环行器，所述第二偏振控制器连接所述第二光环行器，所述第一光纤用于接收信号光，且所述信号光依次经过所述第一光纤、第一光环行器、光衰减器、光隔离器、第二光纤和第二光环行器；当所述泵浦光源关闭时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第一偏振态端口输出；当所述泵浦光源开启时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第二偏振态端口输出，并且所述光纤耦合器将所述泵浦光源输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光由所述第一偏振控制器调节偏振态后进入所述第一光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态偏转第一角度，所述第二泵浦光由所述第二偏振控制器调节偏振态后进入所述第二光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，所述第一角度和第二角度之和为90度。

优选地，所述泵浦光为线偏振光，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光在所述第一光纤和所述第二光纤中产生的受激布里渊增益谱形状为矩形。

优选地，所述第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。

优选地，所述第一光纤和第二光纤均为弱随机双折射光纤。

优选地，所述弱随机双折射光纤包括普通单模光纤和色散位移光纤。

优选地，所述光纤耦合器的分光比例为1:1。

优选地，所述光衰减器对经过第一光纤后的信号光的衰减量满足特定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤中产生布里渊增益饱和效应。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1、通过采用两段光纤来调节信号光的偏振态，一方面可以降低调节偏振态时所需的泵浦光强度，另一方面可以实现对信号光的偏振态的90度精准偏转，有利于提高光开关的消光比。

2、通过利用泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应改变信号光的偏振态，并结合光偏振分束器实现光开关功能，因而与现有光通信系统完全兼容，且整体结构简单，无需电信号，实现了全光操作。

3、通过利用泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应对信号光的偏振态进行调节的同时对其进行了放大，可以补偿各元件连接处的光损耗，实现光信号的无损耗传输。

附图说明

图1是本发明实施例基于受激布里渊散射的光开关的结构示意图。

图2是信号光的偏振态在图1所示的光开关的第一光纤中进行调节的示意图。

图3是信号光的偏振态在图1所示的光开关的第二光纤中进行调节的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例基于受激布里渊散射的光开关的示意图。本实施例的光开关包括第一光纤11、第二光纤12、第一光环行器21、第二光环行器22、光衰减器3、光隔离器4、泵浦光源5、光纤耦合器6、第一偏振控制器71、第二偏振控制器72和光偏振分束器8。

其中，第一光纤11、第一光环行器21、光衰减器3、光隔离器4、第二光纤12、第二光环行器22和光偏振分束器8顺次连接。泵浦光源5经光纤耦合器6连接第一偏振控制器71及第二偏振控制器72，第一偏振控制器71连接第一光环行器21，第二偏振控制器72连接第二光环行器22。第一光纤11用于接收信号光，且信号光依次经过第一光纤11、第一光环行器21、光衰减器3、光隔离器4、第二光纤12和第二光环行器22。

当泵浦光源5关闭时，信号光经过第二光环行器22后，从光偏振分束器8的第一偏振态端口输出；当泵浦光源5开启时，信号光经过第二光环行器22后，从光偏振分束器8的第二偏振态端口输出，并且光纤耦合器6将泵浦光源5输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，第一泵浦光由第一偏振控制器71调节偏振态后进入第一光纤11产生受激布里渊散射使信号光的偏振态偏转第一角度，第二泵浦光由第二偏振控制器72调节偏振态后进入第二光纤12产生受激布里渊散射使信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，第一角度和第二角度之和为90度。可选地，第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。

具体而言，本实施例的光开关工作时，如果不需要改变信号光的偏振态，将泵浦光源5关闭，泵浦光源5不再输出泵浦光，信号光在第一光纤11和第二光纤21中传输后从光偏振分束器8的第一偏振态端口输出。

如果需要改变信号光的偏振态，将泵浦光源5开启，泵浦光源5输出泵浦光，并由光纤耦合器6进行分光得到第一泵浦光和第二泵浦光。第一泵浦光由第一偏振控制器71调节偏振态后，通过第一光环行器21进入第一光纤11，第二泵浦光由第二偏振控制器72调节偏振态后，通过第二光环行器22进入第二光纤12。可选地，光纤耦合器6的分光比例为1:1。

由于泵浦光的光功率达到一定值时，会在光纤中产生受激布里渊散，而光纤存在双折射效应，不同偏振态下的泵浦光所产生的布里渊增益值存在较大差异，因此，当第一泵浦光或第二泵浦光的频谱带宽大于信号光的频谱带宽，且信号光的频谱位于第一泵浦光或第二泵浦光的布里渊增益谱之内时，对于某一特定偏振方向的布里渊增益谱，会产生受激布里渊增益谱的偏振拉拽效应，即信号光的偏振态方向会与布里渊增益谱的偏振方向趋于一致，而且信号光的频谱会被布里渊增益谱放大。

因此，信号光的偏振态在第一光纤11中会受到第一泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应而发生改变，信号光的偏振态会偏转第一角度。如图2所示，在第一光纤11中，信号光的初始偏振态假设为Ex方向，第一光纤11中的布里渊增益谱偏振方向与Ex方向的夹角为α，则信号光经过第一光纤11后，其偏振态方向变为与布里渊增益谱方向一致，即信号光的偏振态偏转的第一角度为α。同样地，信号光的偏振态在第二光纤12中会受到第二泵浦光产生的受激布里渊增益谱的偏振态拉拽效应而发生改变，信号光的偏振态会继续偏转第二角度。在第二光纤12中，布里渊增益谱偏振方向设定为Ey方向，信号光经过第二光纤12之前，其偏振态方向与布里渊增益谱偏振方向相差的角度为β，信号光经过第二光纤12后，其偏振态方向变为与布里渊增益谱方向一致，即信号光的偏振态继续偏转的第二角度为β。通过优化第一泵浦光和第二泵浦光的偏振态和功率，可以方便地实现信号光的偏振态的90度精准偏转，即保证α+β＝90°。对于信号光，其功率的初始大小应确保不会在第一光纤11中产生布里渊增益饱和。最终，信号光的偏振态相对于无泵浦光下的偏振态偏转了90度，从而从光偏振分束器8的第二偏振态端口输出。

通过泵浦光源5关闭和开启，信号光从光偏振分束器8的不同偏振态端口输出，即实现了光开关功能。

其中，光衰减器3用于对经过第一光纤11后的信号光进行衰减。光衰减器3对经过第一光纤11后的信号光的衰减量满足特定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤12中产生布里渊增益饱和效应，进而影响对信号光的偏振态的调节。

光隔离器4用于阻止第二光纤12中传输的泵浦光从光衰减器3、第一光环行器21、第一偏振控制器71、光纤耦合器6进入泵浦光源5，以免对泵浦光源5产生影响。

在本实施例中，第一光纤11和第二光纤12均为弱随机双折射光纤，弱随机双折射光纤包括但不限于普通单模光纤和色散位移光纤。

为了产生某一特定偏振方向的受激布里渊增益谱，泵浦光源5输出的泵浦光应为线偏振光；为保证受激布里渊增益效应在改变信号光偏振态时不改变其频谱形状，输出泵浦光的频谱形状应为矩形，第一泵浦光和第二泵浦光在第一光纤11和第二光纤12中产生的受激布里渊增益谱形状也为矩形，而且泵浦光源5输出的泵浦光的谱宽应确保信号光的频谱位于布里渊增益谱之内。宽带为矩形频谱形状的线偏振光可以采用以下三种方式产生：1.利用超高斯噪声源电信号直接调制激光器的偏置电流；2.对单色光源的输出光进行外调制，产生顶部平坦的梳状谱；3.将ASE(amplified spontaneous emission，放大自发发射)噪声源分别通过检偏器和矩形谱光滤波器。

通过上述方式，本发明实施例的基于受激布里渊散射的光开关通过设置两段光纤，将经过偏振态调制的两路泵浦光分别输入这两段光纤，以使两段光纤中的信号光的偏振态进行偏转后从光偏振分束器输出，两次偏转的角度可以精确控制在90度，从而能够便于调节，并与现有光通信系统完全兼容，整体结构简单，光信号传输时无损耗，有利于提高光开关的消光比。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，包括第一光纤、第二光纤、第一光环行器、第二光环行器、光衰减器、光隔离器、泵浦光源、光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器和光偏振分束器，所述第一光纤、第一光环行器、光衰减器、光隔离器、第二光纤、第二光环行器和光偏振分束器顺次连接，所述泵浦光源经所述光纤耦合器连接所述第一偏振控制器及第二偏振控制器，所述第一偏振控制器连接所述第一光环行器，所述第二偏振控制器连接所述第二光环行器，所述第一光纤用于接收信号光，且所述信号光依次经过所述第一光纤、第一光环行器、光衰减器、光隔离器、第二光纤和第二光环行器；当所述泵浦光源关闭时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第一偏振态端口输出；当所述泵浦光源开启时，所述信号光经过所述第二光环行器后，从所述光偏振分束器的第二偏振态端口输出，并且所述光纤耦合器将所述泵浦光源输出的泵浦光分为第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光由所述第一偏振控制器调节偏振态后进入所述第一光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态偏转第一角度，所述第二泵浦光由所述第二偏振控制器调节偏振态后进入所述第二光纤产生受激布里渊散射使所述信号光的偏振态继续偏转第二角度，其中，所述第一角度和第二角度之和为90度。

2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述泵浦光为线偏振光，所述第一泵浦光在所述第一光纤中产生的受激布里渊增益谱形状为矩形，所述第二泵浦光在所述第二光纤中产生的受激布里渊增益谱形状为矩形。

3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述第一角度和第二角度均大于0度且小于90度。

4.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述第一光纤和第二光纤均为弱随机双折射光纤。

5.根据权利要求4所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述弱随机双折射光纤包括普通单模光纤和色散位移光纤。

6.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述光纤耦合器的分光比例为1:1。

7.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的光开关，其特征在于，所述光衰减器对经过第一光纤后的信号光的衰减量满足一定要求，以防止信号光强度过大而在第二光纤中产生布里渊增益饱和效应。