CN114089580B - 一种新型少模环路波长转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型少模环路波长转换装置，包括光子灯笼、环路装置、模式耦合器和接收端；通过光子灯笼将各模式的信号光从少模光纤中分离开来，然后将各模式的信号光分别通过环路装置得到对应的LP01模式的信号光，接着通过模式耦合器将多路LP01模式信号光耦合入少模光纤中，最后通过接收端获取目标波长的信号光。本发明实现了少模波分复用传输系统中的波长转换功能，可以将一个信道上的信号转移到多个信道中进行传输，减轻了网络负荷；利用四波混频与参量放大效应提出了环形级联循环方法，极大地扩展了波长转换的范围，提高了波分复用系统的灵活性；并提出了一种环路控制器，通过时序信号触发斩波器与光开关实现信号光的循环与输出。

Description

一种新型少模环路波长转换装置
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种新型少模环路波长转换装置。
背景技术
全光波长变换是一种全光信号处理技术，不经过电域处理，直接在光域把光信号从某种波长的载波转移到另一波长的载波上且不丢失所承载的信息。
波长变换技术在光纤通信系统很多地方都有应用。光传送网中使用波长变换对波长进行再利用，可扩大网络容量、提高网络灵活性；在掺铒光纤放大器(EDFA)级联的系统中不可避免地会有噪声，通过波长变换技术可以将积累的噪声通过变换门限去掉；密集波分复用系统中，通过波长变换可以使光信号在波长、谱宽、单色性和稳定性等方面达到系统的要求，同时实现波长的再利用，降低网络的阻塞率，分散网络管理，提高网络的灵活性和可靠性，借助波长变换实现灵活的光交叉连接OXC功能，实现动态的波长路由；在光分组交换网络中，通过波长变换可以实现分组头的判决和提取功能，与光开关矩阵相结合可以实现波长路由。此外，通过波长变换，将输入光波携带的信息同时“复制”到几路输出光波上，可将一个信道上的信息转移到另外几个信道进行传输，把用户数据复制并发给多个用户，实现“组播”功能，可大大减轻网络负荷及服务器载荷。
目前，相位调制格式在高速、大容量骨干网中被广泛应用，针对相位调制格式的全光波长变换技术的发展研究，对于全光网发展是一项具有重要意义和应用价值的研究工作。经过近十几年的快速发展，相位调制格式以其独特的优势，在高速光通信网络中获得广泛应用。在为满足信息时代流量爆炸式增长、规避“电子瓶颈”和高能耗限制的全光网发展道路中，作为全光信号处理技术的重要组成部分，全光码型转换和波长转换技术，是光纤通信网络发展的重要课题。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种新型少模环路波长转换装置，采用的技术方案如下：
一种新型少模环路波长转换装置，包括光子灯笼、环路装置、模式耦合器和接收端；
所述光子灯笼用于将各个模式的信号光从少模光纤中分离开来并耦合进入多模光纤中；
所述环路装置包括环形光纤回路和环路控制器，环形光纤回路包括光子晶体光纤和参量光纤；光子晶体光纤用于通过四波混频效应产生闲频光，参量光纤用于将泵浦光能量转移到闲频光中实现闲频光的放大；环路控制器用于将光子灯笼分离得到的某模式信号光和泵浦光输入到环形光纤回路中，并在环形光纤回路生成目标波长的闲频光后将其以LP01模式输出；
所述模式耦合器用于将经过环路装置输出的多路LP01模式信号光耦合入少模光纤中；
所述接收端用于接收模式耦合器耦合生成的信号光并使其通过滤波器，以得到目标波长的信号光；
波长转换的过程为：首先通过光子灯笼将各模式的信号光从少模光纤中分离开来，然后将各模式的信号光分别通过环路装置得到对应的LP01模式的信号光，接着通过模式耦合器将多路LP01模式信号光耦合入少模光纤中，最后通过接收端获取目标波长的信号光。
进一步地，所述环路控制器包括若干少模准直器、光开关、光纤环时序控制器、斩波器、反射镜和分束镜；在斩波器处于关闭状态时，信号光通过少模准直器经由反射镜射入分束镜中，通过分束镜后经由少模准直器进入环形光纤回路，此时，由光纤环时序控制器产生时钟信号触发斩波器断开后续光信号光的进入路径；已进入环形光纤回路的信号光再次通过少模准直器由分束镜反射不断在环形光纤回路中循环，与进入到环形光纤回路中的泵浦光不断发生四波混频；当环形光纤回路生成目标波长的闲频光后，由光纤环时序控制器产生触发信号打开光开关，闲频光通过分束镜经由少模准直器以LP01模式从光开关输出。
进一步地，所述接收端包括监视器、滤波器、掺铒光纤放大器和接收器；当模式耦合器耦合生成的信号光到达接收端时，通过监视器观测信号谱线以选择合适的滤波器滤得目标波长的信号光，并通过掺铒光纤放大器放大，最后由接收器接收。
进一步地，泵浦光在进入环路装置前通过掺铒光纤放大器进行放大并通过滤波器进行选择过滤，由光子灯笼分离得到的某模式信号光在进入环路装置前通过掺铒光纤放大器进行放大。
进一步地，进入环路装置的信号光和泵浦光的光强比率为1:9。
本发明提出了一种基于四波混频的新型少模环路波长转换装置，实现了少模波分复用传输系统中的波长转换功能，可以将一个信道上的信号转移到大范围外的几个信道中进行传输，减轻了网络负荷；利用四波混频与参量放大效应创新性的提出了环形级联循环方法，极大地扩展了波长转换的范围，提高了波分复用系统的灵活性；提出了一种用于少模波长转换的环路控制器，通过时序信号触发斩波器与光开关实现光信号在光纤中的循环与输出。
附图说明
图1为本发明波长转换装置的信号处理示意图；
图2为本发明中环路装置的信号处理示意图；
图3为本发明中环路控制器的信号处理示意图；
图4为少模四波混频示意图；
图5为参量放大示意图；
图6为信号光在环形光纤回路中多次循环后的效果图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明是一种基于四波混频的少模波分复用系统中的全光波长转换装置，首先通过光子灯笼把各个模式的信号光从少模光纤中分离开来，并分别再次耦合入多模光纤中。通过三个环路装置分别与具有不同模式组合的泵浦光耦合进入各自的环形光纤回路中，环形光纤回路由两部分组成，一部分为光子晶体光纤，其主要作用是通过四波混频效应产生可以用于波长转换的闲频光，另一部分是参量光纤，主要用来实现参量放大过程，把泵浦光能量转移进入闲频光中，实现闲频光的放大，为下一次四波混频，产生新的闲频光做准备。当信号光已经在环路中循环足够多次，生成了目标波长的闲频光之后，通过光纤时序控制打断环路，最终输出LP01模式的光信号，然后通过模式耦合器把三路光信号再次耦合入少模光纤中，在接收端通过光谱仪观测信号谱线，最后选择合适的带通滤波器滤得目标波长的光信号完，成少模的波长转换过程。
本实施例中，少模光信号通过光子灯笼分离为三种不同模式的光信号并分别进入不同的环路装置中，以LP02模式为例：
将LP01以及LP02两种模式的泵浦光通过少模光纤传输，并与处于LP02模式的信号光通过环路控制器进入环形光纤回路中的光子晶体光纤部分，通过四波混频效应得到处于LP01模式的闲频光，如图4所示，实现波长转换的第一部分过程。
紧接着随着不断注入泵浦光，信号光在参量光纤部分中由于参量放大，以及接近拉曼增益峰值附近的闲频光逐渐变得和泵浦光具有一样强的光功率，同时原始的信号光几乎消失了。当信号光通环路控制器不断循环，原始的单波长的光信号逐渐变为位于LP01模式的多载波信号，如图5和6所示，在接收端通过滤波器滤得所需波长的信号光，完成波长转换过程。
本发明所设计的环路装置由一个1×1光开关和环路控制器、以及包含两段不同光纤的环形光纤回路组成，信号光通过环路控制器进入环形光纤回路，与泵浦光不断发生四波混频，最终形成少模光纤中的多载波信号。
环路控制器如图3所示，在斩波器关闭状态时，信号光通过少模准直器与斩波器，经由反射镜射入分束镜中，然后经过少模准直器进入环形光纤回路中，此时由光纤环时序控制器产生时钟信号打开斩波器，切断信号光进入的路径，而进入环形光纤回路的光信号再次通过少模准直器经由分束器以虚线不断在光纤环路中循环，此时光开关处于关闭状态，所以信号光无法从右边输出。当光纤环时序控制器给出触发信号之后，光开关打开，信号经过分束镜以及少模准直器从光开关输出。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型少模环路波长转换装置，其特征在于，包括光子灯笼、环路装置、模式耦合器和接收端；
所述光子灯笼用于将各个模式的信号光从少模光纤中分离开来并耦合进入多模光纤中；
所述环路装置包括环形光纤回路和环路控制器，环形光纤回路包括光子晶体光纤和参量光纤；光子晶体光纤用于通过四波混频效应产生闲频光，参量光纤用于将泵浦光能量转移到闲频光中实现闲频光的放大；环路控制器用于将光子灯笼分离得到的某模式信号光和泵浦光输入到环形光纤回路中，并在环形光纤回路生成目标波长的闲频光后将其以LP01模式输出；
所述模式耦合器用于将经过环路装置输出的多路LP01模式信号光耦合入少模光纤中；
所述接收端用于接收模式耦合器耦合生成的信号光并使其通过滤波器，以得到目标波长的信号光；
波长转换的过程为：首先通过光子灯笼将各模式的信号光从少模光纤中分离开来，然后将各模式的信号光分别通过环路装置得到对应的LP01模式的信号光，接着通过模式耦合器将多路LP01模式信号光耦合入少模光纤中，最后通过接收端获取目标波长的信号光；
所述环路控制器包括若干少模准直器、光开关、光纤环时序控制器、斩波器、反射镜和分束镜；在斩波器处于关闭状态时，信号光通过少模准直器经由反射镜射入分束镜中，通过分束镜后经由少模准直器进入环形光纤回路，此时，由光纤环时序控制器产生时钟信号触发斩波器断开后续光信号光的进入路径；已进入环形光纤回路的信号光再次通过少模准直器由分束镜反射不断在环形光纤回路中循环，与进入到环形光纤回路中的泵浦光不断发生四波混频；当环形光纤回路生成目标波长的闲频光后，由光纤环时序控制器产生触发信号打开光开关，闲频光通过分束镜经由少模准直器以LP01模式从光开关输出。
2.如权利要求1所述的一种新型少模环路波长转换装置，其特征在于，所述接收端包括监视器、滤波器、掺铒光纤放大器和接收器；当模式耦合器耦合生成的信号光到达接收端时，通过监视器观测信号谱线以选择合适的滤波器滤得目标波长的信号光，并通过掺铒光纤放大器放大，最后由接收器接收。
3.如权利要求1所述的一种新型少模环路波长转换装置，其特征在于，泵浦光在进入环路装置前通过掺铒光纤放大器进行放大并通过滤波器进行选择过滤，由光子灯笼分离得到的某模式信号光在进入环路装置前通过掺铒光纤放大器进行放大。
4.如权利要求3所述的一种新型少模环路波长转换装置，其特征在于，进入环路装置的信号光和泵浦光的光强比率为1:9。
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