CN1683982A - 光纤型波长变换器 - Google Patents

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Abstract

一种光纤型波长变换器，其从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光，由上述高非线性光纤的另一端得到波长变换光。特别地，在该光纤型波长变换器中，对于高非线性光纤的零分散波长λo，设定泵浦光的波长λp在λo－1nm～λo+1nm内，在波长λp的高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，在波长λp的高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，当环境温度在0℃～40℃内变化时，用式D＝|λp－λs2|表示的变换带区域D的变化小于或等于30％。

Description

光纤型波长变换器
技术领域
本发明涉及使用具有优良的非线性的光纤的光纤型波长变换器。
背景技术
现在日益要求通信的高速度化、大容量化和长距离传输，因此，希望掌握能够用于实现光信号处理速度的高速化和长距离传输的光信号处理技术。
作为光信号处理技术之一的是保持光不变而对光信号进行处理的全光信号处理技术。该处理技术是不把光信号进行电信号变换，而是为了把光信号直接作为光信号处理，使高速的光信号处理成为可能。
在上述全光信号处理技术中，有利用在传输光信号的光纤内产生的非线性光学现象的方法，或者利用在由高非线性物质构成的光波导路中产生的非线性现象的方法等。
前一种利用在光纤内产生的非线性光学现象的全光信号处理技术能够进行高速处理的同时，也能够减少传输损耗，因此，现在特别受重视。
作为在该光纤内产生的非线性现象，可以例举如：四光波混合、自相位调制、互相位调制、布里渊(ブリェリァン)散射等。其中已经报告的技术是利用四光波混频的波长变换和利用自相位调制的脉冲压缩、波形整形等光信号处理技术。
但是，四光波混频是在把大于或等于两种的光导入光纤时，由于非线性现象保持特定规则，产生新的波长的光的现象。在上述的全光信号处理中，把产生这种新的波长的光的现象利用于波长变换中。另外，利用该四光波混频的波长变换具有能够把多个信号波长一起高速并且低噪声地进行波长变换的优点。因此，认为在构建将来的高速信号处理系统中是重要的方法。
然而，为了应用这样地进行波长变换的光信号处理技术，需要能够大幅度地产生非线性现象的光纤，即，具有高非线性的光纤(以下简称为高非线性光纤)。
这种高非线性光纤以及一种应用该高非线性光纤的光纤型波长变换器发表在日本国特开2001-75136号公报中。
已经发现，不只限于在日本国特开2001-75136号公报中发表的光纤型波长变换器，在使用这种高非线性光纤的光纤型波长变换器中，当使用这种光纤型波长变换器的周围温度(以下简称为环境温度)变化时，其特性，特别是波长变换带区域有发生改变的情况。具体的是：制成几种高非线性光纤，当在不同的环境温度中使应用这些光纤的光纤型波长变换器动作时，其波长变换带区域由于环境温度不同而发生变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤型波长变换器，其使用高非线性光纤，对于使用环境的环境温度变化，波长变换带区域特性的变化小，能够进行稳定的波长变换。
涉及本发明的一个方案的光纤型波长变换器是从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光的光纤型波长变换器。对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km/，当环境温度在0℃～40℃内变化时，用下式表示的变换带区域D的变化小于或等于30％。
D＝|λp-λs2|
式中λs2是指：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内的某一波长并把设定上述信号光的波长λs为λp-5nm的变换效率表示为Eo时，在把泵浦光的波长λp固定不变而只改变信号光的波长λs时，变换效率从Eo减少3dB时的信号光的波长。
涉及本发明的另一方案的光纤型波长变换器是从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光的光纤型波长变换器。对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，当环境温度在0℃～40℃内变化时，上述信号光波长λs和上述泵浦光波长λp的波长差Δλ为25nm的变换效率的变化小于或等于1dB。
涉及本发明的又一方案的光纤型波长变换器是从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光的光纤型波长变换器。对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，并且，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，以使在环境温度为10℃～30℃的范围内用下式表示的变换带区域D为最大。
D＝|λp-λs2|
式中λs2是指：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内的某一波长并把设定上述信号光的波长λs为λp-5nm的变换效率表示为Eo时，在把泵浦光的波长λp固定不变而只改变信号光的波长λs时，变换效率从Eo减少3dB时的信号光的波长。
涉及本发明的又一方案的光纤型波长变换器是从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光的光纤型波长变换器。对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，并且，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km、该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，以使在环境温度为-20℃～60℃的范围内用下式表示的变换带区域D为最大。
D＝|λp-λs2|
式中λs2是：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内在某一个波长、设定上述信号光的波长λs为λp-5nm时，把此时的变换效率表示为Eo，此时，当把泵浦光的波长λp固定不变，只改变信号光的波长λs时，变换效率比Eo减少3dB时的信号光的波长。并且，该光纤型波长变换器具有的恒温装置，其当把上述变换带区域D为最大时的温度作为T时，保持上述高非线性光纤的温度在T+5℃～T-5℃的范围内。
涉及本发明的又一方案的光纤型波长变换器是从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光的光纤型波长变换器。对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，并且，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km、该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，以使在环境温度为-20℃～60℃的范围内用下式表示的变换带区域D为最大。
D＝|λp-λs2|
式中λs2是：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内在某一个波长、设定上述信号光的波长λs为λp-5nm时，把此时的变换效率表示为Eo，此时，当把泵浦光的波长λp固定不变，只改变信号光的波长λs时，变换效率比Eo减少3dB时的信号光的波长。并且，该光纤型波长变换器具有恒温装置，当把上述变换带区域D为最大时的温度作为T时，保持上述高非线性光纤的温度在T+5℃～T-5℃的范围内。
如果参照附图阅读以下本发明的详细说明，一定会更加理解以上所述内容和本发明的另外的目的、特征、优点以及技术的、产业的意义。
附图说明
图1是表示本发明的光纤型波长变换器的一实施例的示意结构的示意图；
图2是表示本发明的光纤型波长变换器的实施例1的在每一个环境温度调查变换效率和Δλ的关系的结果的曲线；
图3是表示本发明的光纤型波长变换器的实施例2的在每一个环境温度调查变换效率和Δλ的关系的结果的曲线；
图4是表示光纤型波长变换器的比较例的在每一个环境温度调查变换效率和Δλ的关系的结果的曲线。
具体实施方式
参照图1～图4详细地说明本发明的光纤型波长变换器的实施例。
图1中表示涉及本发明的光纤型波长变换器的一实施例。如图1所示，该光纤型波长变换器1具有：发射波长λp的泵浦光源2；把从外部输入该光纤型波长变换器1内的波长λs的信号光和泵浦光的波长λp进行混合的光耦合器3；卷成环状并连接在该光耦合器3的后端上的高非线性光纤4。另外，用虚线表示方块的符号5，例如是恒温槽，根据需要在其内部收容上述高非线性光纤4，用于更稳定地保持该高非线性光纤4的温度特性。在使用该恒温槽5的情况下，能够确实地使高非线性光纤4经常保持在规定温度范围内。
制造了如下表1中列示的结构和特性的3条高非线性光纤4。在表1中“试料1”和“试料2”是适应于本发明的光纤型波长变换器1的，是相当于所谓实施例的高非线性光纤，而且，“试料3”是相当于比较例的高非线性光纤。
                            表1
          试料1            试料2            试料3
Δ1           ％             2.8             2.8             2.8
Δ2           ％            -0.55             -1.0             -0.3
Δ3           ％              -              0.6              -
第一芯径      μm              4.0              3.9              4.2
第二芯径      μm              6.7              7.0              6.9
第三芯径      μm               -              9.1               -
包层径        [μm]               90               90               90
覆盖层径      [μm]              145              145              145
分散斜率      [ps/nm2/km]             0.017             0.004             0.026
分散          [ps/nm/km]             -0.05             -0.03              0.10
λo           [nm]              1553              1559              1554
λo           [nm]              1410              1312              1456
MFD           [μm]               3.8               3.5               3.8
非线性系数γ  [W-1km-1]              19.1              22.7              18.5
损耗          [dB/km]              0.84              1.23              0.87
弯曲损耗(20φ)[dB/m]             ＜0.1             ＜0.1             ＜0.1
PMD    [ps/nm1/2]            0.015            0.019            0.027
λp    [nm]            1553            1559            1554
首先，说明实施例1。
制造具有如表1所示结构和特性的高非线性的“试料1”，把该“试料1”作为上述图1所示结构的光纤型波长变换器1的高非线性光纤4进行组装。对于这样构成的光纤型波长变换器1在进行改变环境温度的同时进行波长变换实验。
在此，把光纤型波长变换器1放置在20℃的环境温度中并且经过足够长时间后，把泵浦光的波长λp，对于“试料1”的零分散波长λo在λo-1nm～λo+1nm的范围内进行调整、设定，以使在该温度中变换带区域D成为最大。
这样，使组装了高非线性“试料1”的光纤型波长变换器1的环境温度在0℃～40℃的范围变化，调查了此时的信号光波长发生的变换效率的变化。其结果示于图2。在图2中，横轴表示信号光的波长λs和泵浦光的波长λp的波长差的绝对值Δλ。
如图2所示，以前定义的变换带区域D，即D＝|λp-λs2|的值在0℃、20℃、40℃分别是41nm、48nm、38nm。由此可知，变换带区域D的变化，即，{(变换带区域的最大值-变换带区域的最小值)/变换带区域的最大值}的值为：(48-38)/48≈0.208，其用％表示的值是约21％。这样，在实施例1的光纤型波长变换器1中，在0℃～40℃的范围的变换带区域D的变化小于或等于30％。
当把泵浦光的波长λp固定在λo-1nm～λo+1nm内的某一个波长、把信号光波长λs设定为λp-5nm时的变换效率表示为Eo时，把泵浦光的波长λp固定不变，只变化信号光的波长λs，变换带区域D中的λs2是变换效率比Eo减少3dB时的信号光的波长。因此，在图2中，变换带区域D如果对应每一个温度、在变换效率从零水平下降3dB的位置读取Δλ的值就可以。
另外，由图2可知，当泵浦光的波长λp和信号光的波长λs之差Δλ小于或等于25nm时，即使环境温度在0℃～40℃的范围变化，变换效率只产生小于或等于1dB的变化。
这里，变换效率E是用Pc/Ps的值的自然对数表示的值，Ps表示信号光的能量、Pc表示变换光的能量。
以下，说明实施例2。
制造具有表1的“试料2”所示的结构和特性的高非线性光纤，把该“试料2”组装在图1所示的结构的光纤型波长变换器1中，用和实施例1相同的顺序改变环境温度，进行波长变换实验。
在实施例2，也把光纤型波长变换器1在20℃的环境温度中放置足够长时间之后，把泵浦光的波长λp对于“试料2”的零分散波长λo在λo-1nm～λo+1nm的范围内进行调整、设定，以使在该温度20℃变换带区域D成为最大。
这样，使组装了高非线性“试料2”的光纤型波长变换器1的环境温度在0℃～40℃的范围变化，调查了此时的信号光波长发生的变换效率的变化。其结果示于图3。图3的纵轴、横轴也与上述图2相同。
如图3所示，变换带区域D在0℃、20℃、40℃分别是35nm、38nm、35nm。可知道变换带区域D的变化，即，{(变换带区域的最大值-变换带区域的最小值)/变换带区域的最大值}的值为(38-35)/38≈0.078，其用％表示的值是约8％。这样，在实施例2的光纤型波长变换器1中，在0℃～40℃的范围的变换带区域D的变化也小于或等于30％。
另外，由图3可知，当泵浦光的波长λp和信号光的波长λs之差Δλ在25nm以内的范围时，即使环境温度在0℃～40℃的范围变化，变换效率几乎不变化。
以下，表示比较例。
制造具有表1的“试料3”所示的结构和特性的高非线性光纤，把该“试料3”组装在图1所示的结构的光纤型波长变换器1中，用和实施例1、2相同的顺序改变环境温度，进行波长变换实验。
在比较例中，也把光纤型波长变换器1在20℃的环境温度中放置足够长时间之后，把泵浦光的波长λp对于“试料3”的零分散波长λo，在λo-1nm～λo+1nm的范围内进行调整、设定，以使在该温度变换带区域D为最大值并且要满足相位整合条件。
使组装了该“试料3”的光纤型波长变换器1的环境温度在0℃～40℃的范围变化，调查了此时的信号光波长发生的变换效率的变化。其结果示于图4。图4的纵轴、横轴也与上述图2、图3相同。
如图4所示，波长的变换带区域D在0℃、20℃、40℃分别是15nm、31nm、15nm。可知道变换带区域D的变化是(31-15)/31≈0.516，即约52％。知道了，在比较例的光纤型波长变换器1中，在0℃～40℃的范围的变换带区域的变化大于或等于30％。
从上述实施例1、2以及比较例的结果可以知道：在光纤型波长变换器1中使用高非线性光纤4，该高非线性光纤4对从泵浦光源2射出的泵浦光在波长λp的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km、泵浦光在波长λp的非线性系数γ大于或等于10/W/km，并且，在使用该光纤型波长变换器1的环境温度内，例如在最常使用的温度，若要使变换带区域D为最大地调整泵浦光的波长λp，更具体地是，如果对于高非线性光纤4的零分散波长λo调整泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm的范围内，就能够使波长变换带区域D相对环境温度的变化发生的变化小，具体地，能够获得其值小于或等于30％的光纤型波长变换器1。
在上述各实施例示出了，在0℃～40℃的环境温度内，变换带区域D的变化小的光纤型波长变换器1。该实施例的光纤型波长变换器1，在20℃，变换带区域D调整为最大，因而，其能够在10℃～30℃的环境温度内使用，这一点从图2、3所示的结果看是明确的。
实施例1、实施例2所使用的“试料1”和“试料2”的大的差别在于“试料2”的波长分散斜率的绝对值是0.004ps/nm2/km，这和“试料1”的值0.017ps/nm2/km相比格外地小。
当如此地在光纤型波长变换器1中使用波长分散斜率的绝对值小于或等于0.005 ps/nm2/km的高非线性光纤4时，就能够使波长变换带区域D相对环境温度变化发生更小的变化。
另外，在“试料2”中，至少设第一芯、在该第一芯的外周设第二芯和在该第二芯外周设第三芯以及在该第三芯的外周设包层，当设定上述第一芯、上述第二芯、上述第三芯相对上述包层的折射系数率差分别为Δ1、Δ2、Δ3时，各折射系数率差的关系为Δ1＞Δ3＞0＞Δ2，并且通过1％＞Δ3＞0.1％，在设计上容易实现如上所述地使分散斜率的绝对值更小。特别地，更容易实现波长1.55μm带的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.005ps/nm2/km。
另外，还由于设定Δ1＞2％并且1％＞Δ3，在“试料2”中能够得到更高的非线性系数γ，在把“试料2”具有非线性系数γ大于或等于10/W/km的非线性系数的高非线性光纤化方面取得成功。
在此，第一芯对包层的折射率差Δ1、第二芯对包层的折射率差Δ2、第三芯对包层的折射率差Δ3分别用式：
Δ1＝{(nc1-nc)/nc1}·100；Δ2＝{(nc2-nc)/nc2}·100；Δ3＝{(nc3-nc)/nc3}·100表示。式中nc1是第一芯的最大折射率、nc2是第二芯的最小折射率、nc3是第三芯的最大折射率、nc是包层的折射率。
如果要把光纤型波长变换器1置于更宽的温度范围、具体地置于-20℃～60℃这样的环境温度中，若要使其变换带区域D的变化更小，则可以如图1所示地把高非线性光纤4收纳在恒温槽5内。当在上述环境温度范围内以T表示波长变换带区域成为最大时的温度，例如10℃时，可以调节该恒温槽5，以能够把高非线性光纤4的温度保持在T+5℃或T-5℃的范围内。
当然，作为把该高非线性光纤4保持一定温度的装置，不局限于上述恒温槽5，只要是能安装在该光纤型波长变换器内的具有恒温机构的各种装置都可以使用。
如果利用由上述的本实施例的光纤型波长变换器，则能够实现对于使用环境的温度变化，波长变换带区域D的变化小、稳定的波长变换。
一般地，在石英玻璃系光纤中，在传输损耗减小的波长1.55μm带的信号光的波长变换特别地理想。而且，为此，设定泵浦光的波长λp在1500nm～1600nm范围内是理想的。如果利用本实施例的光纤型波长变换器，则由于把泵浦光波长λp设定在1500nm～1600nm范围内，例如，使C带(1530～1565nm)内的波长变换和从C带向L带(1565～1625nm)或从S带(1460～1530nm)向C带、从S带向L带等信号光的一起进行波长变换成为可能。
另外，表1中λc表示各光纤的截止波长，该截止滤长λc是指由ITU-T(国际电信协会)G.650定义的光纤截止波长λc。MFD表示方式模场直径，PMD表示偏振波模分散值。另外，关于在本说明书中没特别定义的用语要符合ITU-T G.650中的定义和测量方法。
当然由专业人员能够容易地导出其他的效果和变形例。本发明的更多的方式不局限于以上发表的叙述的特定的内容和代表的实施例。因而，不超出由所附要求及其等效内容定义的汇总的发明的概念精神或范围，能够进行各种各样的变更。

Claims (7)

1.一种光纤型波长变换器，其从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光，其特征在于：对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，当环境温度在0℃～40℃内变化时，用下式表示的变换带区域D的变化小于或等于30％
D＝|λp-λs2|
(式中λs2是指：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内的某一波长并把设定上述信号光的波长λs为λp-5nm的变换效率表示为Eo时，在把泵浦光的波长λp固定不变而只改变信号光的波长λs时，变换效率从Eo减少3dB时的信号光的波长)。
2.一种光纤型波长变换器，其从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光，其特征在于：对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，上述泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km；当环境温度在0℃～40℃内变化时，上述信号光波长λs和上述泵浦光波长λp的波长差Δλ为25nm的变换效率的变化小于或等于1dB。
3.一种光纤型波长变换器，其从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光，其的特征在于：对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，并且，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，以使在环境温度为10℃～30℃的范围内用下式表示的变换带区域D为最大，
D＝|λp-λs2|
(式中λs2是指：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内的某一波长并把设定上述信号光的波长λs为λp-5nm的变换效率表示为Eo时，在把泵浦光的波长λp固定不变而只改变信号光的波长λs时，变换效率比Eo减少3dB时的信号光的波长)。
4.一种光纤型波长变换器，其从高非线性光纤的一端导入信号光和泵浦光、由上述高非线性光纤的另一端得到上述信号光的波长变换光，其特征在于：对于上述高非线性光纤的零分散波长λo，设定上述泵浦光的波长λp在λo-1nm～λo+1nm内，并且，该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.02ps/nm2/km、该泵浦光在波长λp的上述高非线性光纤的非线性系数γ大于或等于10/W/km，以使在环境温度为-20℃～60℃的范围内用下式表示的变换带区域D为最大，
D＝|λp-λs2|
(式中λs2是指：当把上述泵浦光的波长λp固定为λo-1nm～λo+1nm内的某一波长并把设定上述信号光的波长λs为λp-5nm的变换效率表示为Eo时，在把泵浦光的波长λp固定不变而只改变信号光的波长λs时，变换效率比Eo减少3dB时的信号光的波长)，
并且，具有恒温装置，其当把上述变换器区域D为最大时的温度作为T时，保持上述高非线性光纤的温度在T+5℃～T-5℃的范围内。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光纤型波长变换器，其特征在于，在上述泵浦光的波长λp中，上述高非线性光纤的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.005ps/nm2/km。
6.如权利要求1～4中任一项所述的光纤型波长变换器，其特征在于，设定上述泵浦光的波长λp在1500nm～1600nm范围。
7.如权利要求1～4项中任一项所述的光纤型波长变换器，其特征在于：上述高非线性光纤至少具有第一芯、设置在该第一芯外周的第二芯、设置在该第二芯的外周的第三芯和设置在该第三芯的外周的包层；当使上述第一芯、上述第二芯、上述第三芯对上述包层的折射系数率差分别为Δ1、Δ2、Δ3时为Δ1＞Δ3＞0＞Δ2，并且，Δ1＞2％、1％＞Δ3＞0.1％；而且，上述高非线性光纤对上述泵浦光在波长λp的波长分散斜率的绝对值小于或等于0.005ps/nm2/km。
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