CN1996134A - 一种非归零码到归零码全光码型转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非归零码到归零码全光码型转换装置。该装置包括可调光衰减器、偏振控制器、非线性光波导、二个可调谐滤波器、二个可调谐延时线和四个光耦合器，其中，非线性光波导为PPLN光波导或AlGaAs光波导；第一光耦合器的一个端口依次与第一可调谐延时线和可调光衰减器相连后与第二光耦合器连接，构成马赫－曾德尔干涉仪的上臂；第一光耦合器的另一端口依次经过第三光耦合器、偏振控制器、非线性光波导与第二光耦合器相连，构成马赫－曾德尔干涉仪的下臂。本发明装置实现的全光码型转换灵活性好，响应速度快，可以工作在40Gbit/s的高速情况下，而且转换过程不受自发辐射噪声的影响，具有结构简单，容易实现，以及可扩展性好等特点。

Description

一种非归零码到归零码全光码型转换装置

技术领域

本发明涉及非线性光学混频技术领域和全光信号处理技术领域，具体涉及一种非归零码到归零码全光码型转换装置，该装置基于周期极化反转铌酸锂(PPLN)或者周期域反转铝镓砷(AlGaAs)无源光波导级联倍频和差频(SHG+DFG)二阶非线性效应，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，实现非归零码到归零码可调谐全光码型转换。

背景技术

全光码型转换作为全光信号处理技术的一个重要组成部分是实现未来高速光通信网络的一项关键技术，而其中非归零码到归零码的转换又是最为基础和重要的，因而近年来正在受到国内外研究学者越来越多的关注。

目前用于实现非归零码到归零码全光码型转换的方案有很多，主要包括：非线性光学环形镜，垂直腔表面发射激光器，半导体光放大器，双波长注入锁定等等。已有的这些码型转换方案大致上可以概括为基于交叉相位调制效应的相干环腔结构、激光器以及有源半导体材料等，在技术上已经比较成熟而且也取得了较好的转换效果。例如：1994年S.Bigo等人在文章“Bit-rate enhancement through optical NRZ-to-RZ conversion and passivetime-division multiplexing for soliton transmission systems，”in Electron.Lett.，vol.30，no.12，1994，pp.984-985中，利用基于交叉相位调制效应的非线性光学环形镜结构，实验报道了2.5Gbit/s非归零码到归零码的转换，并通过光时分复用将速率提高到10Gbit/s；2002年C.W.Chow等人在文章“All-opticalNRZ to RZ format and wavelength converter by dual-wavelength injectionlocking，”in Opt.Commun.，vol.209，no.4-6，2002，pp.329-334中，利用双波长注入锁定技术实验报道了3.3Gbit/s非归零码到归零码的转换。尽管如此，这些方案仍然存在一些不足之处，比如响应速度不快以及不可避免的有源介质带来的自发辐射噪声影响等等，这些大大限制了其在高速光通信系统中的应用。为了适应未来高速光通信网络对于高速全光信号处理的要求，就迫切需要研究和寻找能够应用于40Gbit/s及以上速率的高速全光码型转换技术和转换装置，这对于加快和推动全光网络的发展具有重要的意义。

铌酸锂和铝镓砷等非线性光波导由于其非线性响应时间极短(fs量级)，而且作为无源光波导具有无自发辐射噪声积累的优点，因而在高速全光信号处理方面具有巨大的潜在优势。不过，目前对两者的研究主要还集中在利用周期极化反转铌酸锂(PPLN)或者周期域反转铝镓砷(AlGaAs)光波导的级联二级非线性效应实现全光波长转换，对于将PPLN和AlGaAs光波导应用于全光码型转换中还没有相关的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非归零码到归零码全光码型转换装置，该装置实现的全光码型转换灵活性好，响应速度快，可以工作在40Gbit/s的高速情况下，而且转换过程不受自发辐射噪声的影响，具有结构简单，容易实现，以及可扩展性好的特点。

本发明提供的一种非归零码到归零码全光码型转换装置，其特征在于：该装置包括第一至第四光耦合器、第一、第二可调谐延时线、可调光衰减器、偏振控制器、非线性光波导和第一、第二可调谐滤波器，其中，非线性光波导为PPLN光波导或AlGaAs光波导；

第一光耦合器设有四个端口，其中第一端口与第四端口呈对角位置，第二端口与第三端口呈对角位置，且第一端口和第二端口位于同一侧，第三端口和第四端口位于同一侧；第二光耦合器设有四个端口，其中，第一端口与第四端口呈对角位置，第二端口与第三端口呈对角位置，且第一端口和第二端口位于同一侧，第三端口和第四端口位于同一侧；第一光耦合器的第三端口依次与第一可调谐延时线和可调光衰减器相连后与第二光耦合器的第一端口连接，构成马赫-曾德尔干涉仪的上臂；第一光耦合器的第四端口依次经过第三光耦合器、偏振控制器、非线性光波导与第二光耦合器的第二端口相连，构成马赫-曾德尔干涉仪的下臂；

第一光耦合器的第一端口对外提供非归零码信号光的输入端口，第二端口闲置；第二光耦合器的第三端口与第四光耦合器连接后分为两路，然后分别与第一、第二可调谐滤波器相连，并对外分别提供归零码信号光和归零码空闲光的输出端口；第二可调谐延时线的一端对外提供泵浦光的输入端口，其另一端与第三光耦合器相连，其连接端口与第一光耦合器和第三光耦合器的连接端口位于同一侧。

本发明与现有非归零码到归零码全光码型转换技术和装置相比具有以下一些优点：

其一、相比于传统的码型转换方案，PPLN和AlGaAs光波导具有超快的响应速度，而且对信号的比特率完全透明，因此可以应用于40Gbit/s及以上速率的高速全光码型转换；

其二、相比于半导体激光器和半导体光放大器等有源介质材料，PPLN和AlGaAs光波导作为无源光波导没有自发辐射噪声的积累而且不会产生内部频率啁啾，因此码型转换性能良好；

其三、基于PPLN或者AlGaAs光波导级联倍频和差频(SHG+DFG)二阶非线性效应可以实现多信道非归零码的同时码型转换；

其四、基于PPLN或者AlGaAs光波导级联倍频和差频二阶非线性效应还可以实现单信道-双信道、单信道-三信道以及单信道-多信道等多种全光码型转换功能，而且码型转换过程具有良好的可调谐性能；

其五、本发明装置采用基于PPLN或者AlGaAs光波导的马赫-曾德尔干涉仪结构，装置结构简单，容易实现；

其六、本发明装置具有良好的灵活性和可扩充性。通过改变输入非归零码信号光的数目，可以实现双信道非归零码同时转换，三信道非归零码同时转换等多信道同时码型转换的功能；通过改变输入泵浦光的数目，可以实现单信道-三信道，单信道-四信道等形式多样的单信道-多信道全光码型转换。

附图说明

图1是本发明基于级联倍频和差频二阶非线性效应可变输入信号光全光码型转换的原理示意图；

图2是本发明全光码型转换装置的第一种结构示意图；

图3是图2所示装置输入信号光可变时级联倍频和差频二阶非线性效应示意图；

图4是本发明基于级联倍频和差频二阶非线性效应多信道同时码型转换的原理示意图；

图5是本发明全光码型转换装置的第二种结构示意图；

图6是图5所示装置输入信号光可变时多信道级联倍频和差频二阶非线性效应示意图；

图7是本发明基于级联倍频和差频二阶非线性效应固定输入信号光可调谐全光码型转换的原理示意图；

图8是图2所示装置输入信号光固定时级联倍频和差频二阶非线性效应可调谐原理示意图；

图9是本发明基于级联倍频和差频二阶非线性效应单信道-多信道可调谐全光码型转换的原理示意图；

图10是本发明全光码型转换装置的第三种结构示意图；

图11是图10所示装置输入信号光固定时单信道-多信道级联倍频和差频二阶非线性效应可调谐原理示意图。

具体实施方式

本发明装置基于级联倍频和差频二阶非线性效应和干涉原理，如图1所示，本发明装置的工作原理是：

(1)输入非归零码信号光等功率分为两路。

(2)输入与非归零码信号光时钟同步的泵浦光，泵浦光为周期脉冲序列，脉宽小于比特周期，泵浦光波长位于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处。

(3)调整第一路信号光与泵浦光比特对齐后同方向注入PPLN或AlGaAs非线性光波导，并在其中发生级联倍频和差频二阶非线性效应：在倍频过程中两个泵浦光光子湮灭以产生一个倍频光光子，与此同时，在差频过程中一个倍频光光子湮灭以产生一个信号光光子和一个转换空闲光光子。因此，在生成倍频光和转换空闲光的同时，信号光在时域上与泵浦光重叠的部分在差频过程中将会受到放大并引入非线性相移。也就是说，如图1虚线框A所示，在非线性光波导输出端，信号光比特“1”中间部分对应泵浦光的位置由于被放大会形成“突起”，“突起”的形状与泵浦光脉冲形状相类似。另外，值得注意的是级联倍频和差频过程生成的转换空闲光是归零码。

(4)第二路信号光不经历级联倍频和差频相互作用，因此不会出现第一路信号光比特“1”中间部分形成“突起”并引入非线性相移的现象，第二路信号光的时域波形与输入非归零码信号光的时域波形类似，如图1虚线框B所示。不过第二路信号光相对于第一路信号光引入π相移。

(5)第一路信号光(比特“1”中间部分形成“突起”并引入非线性相移)与第二路信号光(相对于第一路信号光引入π相移)重新汇合并发生干涉，干涉的结果是得到归零码的信号光输出。这样，加上(3)得到的归零码转换空闲光，就实现了单信道-双信道非归零码到归零码的全光码型转换，其中一个信道码型转换前后波长保持不变，而另外一个信道码型转换前后波长发生改变，即同时实现了码型转换和波长转换。

如图2所示，本发明装置包括第一光耦合器1、第一可调谐延时线2、可调光衰减器3、第三光耦合器4、偏振控制器5、非线性光波导6、第二光耦合器7、第二可调谐延时线8、第四光耦合器9、第一可调谐滤波器10以及第二可调谐滤波器11，其中，非线性光波导6为PPLN光波导或AlGaAs光波导。

第一光耦合器1设有四个端口C、D、E、F，其中第一端口C与第四端口F呈对角位置，第二端口D与第三端口E呈对角位置，且第一端口C和第二端口D位于同一侧，第三端口E和第四端口F位于同一侧。第二光耦合器7同样设有四个端口G、H、I、J，其中，第一端口G与第四端口J呈对角位置，第二端口H与第三端口I呈对角位置，且第一端口G和第二端口H位于同一侧，第三端口I和第四端口J位于同一侧。第一光耦合器1的第三端口E依次与第一可调谐延时线2和可调光衰减器3相连后与第二光耦合器7的第一端口G连接，构成马赫-曾德尔干涉仪的上臂。第一光耦合器1的第四端口F依次经过第三光耦合器4、偏振控制器5、非线性光波导6与第二光耦合器7的第二端口H相连，构成马赫-曾德尔干涉仪的下臂。

第一光耦合器1的第一端口C对外提供非归零码信号光的输入端口，第二端口D闲置。第二光耦合器7的第三端口I与第四光耦合器9连接后分为两路，然后分别与第一可调谐滤波器10和第二可调谐滤波器11相连，并对外分别提供归零码信号光和归零码空闲光的输出端口。第二光耦合器7的第四端口J闲置。第三光耦合器4除了一个端口和第一光耦合器1的第四端口F相连外，同侧的另一端口与第二可调谐延时线8相连后对外提供泵浦光的输入端口。

输入非归零码信号光经第一光耦合器1的第一端口C注入该装置内，并在第一光耦合器1的第三端口E和第四端口F处分为等功率的两路信号光。其中，第四端口F处产生的第一路信号光沿马赫-曾德尔干涉仪的下臂传输，输入泵浦光经第二可调谐延时线8后通过第三光耦合器4也注入马赫-曾德尔干涉仪的下臂，其中第二可调谐延时线8用于调节泵浦光和第一路信号光的相对延时以保持两者比特对齐。第一路信号光和泵浦光在马赫-曾德尔干涉仪的下臂中传输时经第三光耦合器4后通过偏振控制器5调整偏振态，然后进入非线性光波导6，并在其中发生级联倍频和差频相互作用，从非线性光波导6输出的第一路信号光到达第二光耦合器7的第二端口H；第一光耦合器1第三端口E处产生的第二路信号光沿马赫-曾德尔干涉仪的上臂传输，依次经过第一可调谐延时线2和可调光衰减器3后到达第二光耦合器7的第一端口G，其中，第一可调谐延时线2用以调节第一、第二两路信号光的相对延时使得两路信号光在干涉时保持比特对齐，可调光衰减器3用以适当调节第二路信号光的光功率使其与第一路信号光干涉时在没有泵浦光的位置光功率水平相等，干涉输出为0。到达第二光耦合器7第二端口H的第一路信号光和到达第一端口G的第二路信号光经第二光耦合器7重新汇合后在第三端口I干涉输出。值得注意的是，在经过第一光耦合器1时，第一路信号光由第一端口C到第四端口F相对于第二路信号光由第一端口C到第三端口E会引入π/2相移，在经过第二光耦合器7时，第一路信号光由第二端口H到第三端口I相对于第二路信号光由第一端口G到第三端口I又会引入π/2相移。因此，两路信号光在第二光耦合器7第三端口I干涉输出时，第一路信号光相对于第二路信号光总共引入了π相移，亦即第二路信号光相对于第一路信号光引入了π相移。调节泵浦光位于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处，第一路信号光与泵浦光在非线性光波导6中发生级联倍频和差频相互作用，除了生成归零码空闲光外，第一路信号光比特“1”中间部分对应泵浦光的位置由于被放大会形成“突起”并引入非线性相移，在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形如图1中虚线框A所示。第二路信号光没有经过非线性相互作用，时域波形类似于输入信号光波形，因此没有出现“突起”现象和引入非线性相移，在到达第二光耦合器7第三端口I处时如图1中虚线框B所示。两路信号光在第二光耦合器7第三端口I干涉输出得到归零码的信号光。归零码信号光和归零码空闲光经第四光耦合器9后分别通过第一可调谐滤波器10和第二可调谐滤波器11滤波输出。

对于图2所示结构的装置，通过改变输入非归零码信号光的波长，可以方便地实现可变输入信号光非归零码到归零码的全光码型转换。如图3所示，泵浦光12位于倍频过程准相位匹配波长处，泵浦光12经过倍频过程生成倍频光13，与此同时，单个信号光14与倍频光13发生差频相互作用得到单信道转换空闲光15。根据能量守恒定理，泵浦光12、倍频光13、信号光14以及转换空闲光15的波长满足如下关系式：

SHG：1/λ_SH＝2/λ_P

DFG：1/λ_i1＝1/λ_SH-1/λ_S    (1)

SHG+DFG：1/λ_i1＝2/λ_P-1/λ_S

根据式(1)，当保持泵浦光12波长不变时，信号光14和空闲光15的波长近似关于泵浦光12的波长呈对称分布，空闲光15的波长由信号光14的波长决定，信号光14的波长可以在很宽的范围内实现可调谐。基于级联倍频和差频二阶非线性效应，通过适当调节信号光14的波长可以实现可变输入信号光非归零码到归零码的全光码型转换。

当要实现多信道非归零码的同时码型转换时，需要输入多信道非归零码信号光。本发明装置基于级联倍频和差频二阶非线性效应和干涉原理。如图4所示，在图1基础上进一步增加输入信号光的数目，即输入多个信道的非归零码信号光。基于级联倍频和差频二阶非线性效应，泵浦光仍然位于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处。类似于图1输入单个非归零码信号光的情况，每输入一个非归零码信号光将会对应产生一个归零码信号光和一个归零码转换空闲光。当输入n个非归零码信号光时，经过级联倍频与差频相互作用将会得到n个归零码信号光(波长不变)和n个归零码转换空闲光(波长改变)，即可以实现多信道非归零码的同时码型转换。

如图5所示，本发明装置在图2所示结构的基础上增加第一波分复用器16和第一、第二波分解复用器17、18。其中，第一波分复用器16的输出端与第一光耦合器1的第一端口C相连，其输入端对外提供多个非归零码信号光的输入端口。第一波分解复用器17的输入端与第一可调谐滤波器10相连，其输出端对外提供多个归零码信号光的输出端口。第二波分解复用器18的输入端与第二可调谐滤波器11相连，其输出端对外提供多个归零码空闲光的输出端口。

输入多信道非归零码信号光经第一波分复用器16和第一光耦合器1的第一端口C注入该装置内，并在第一光耦合器1的第三端口E和第四端口F处等功率分为两路。沿马赫-曾德尔干涉仪下臂传输的第一路多信道信号光在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形如图4中虚线框A所示，比特“1”中间部分对应泵浦光的位置由于被放大会形成“突起”并引入非线性相移；沿马赫-曾德尔干涉仪上臂传输的第二路多信道信号光没有出现“突起”现象和引入非线性相移，在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形如图4中虚线框B所示。当两路多信道信号光在第二光耦合器7第三端口I干涉输出时，对于多信道信号光中的任何一个信道，第二路信号光相对于第一路信号光总共引入了π相移。两路多信道信号光干涉的结果是得到多信道归零码信号光。另外，第一路多信道信号光与泵浦光在非线性光波导6中发生级联倍频和差频二阶非线性效应时还将生成多信道归零码空闲光，如图4中虚线框A所示。

基于图5所示结构的装置，通过改变多信道输入非归零码信号光的波长，可以方便地实现可变输入信号光非归零码到归零码的多信道同时码型转换。如图6所示，当输入n个信道信号光时，泵浦光12和n个信号光19参与级联倍频和差频相互作用：位于倍频过程准相位匹配波长处的泵浦光12经过倍频过程生成倍频光13，与此同时，n个信号光19与倍频光13发生差频相互作用得到相应的n个转换空闲光20。根据能量守恒定理，泵浦光12、倍频光13、n个信号光19以及n个转换空闲光20的波长满足如下关系式：

SHG：1/λ_SH＝2/λ_P

DFG：1/λ_i1＝1/λ_SH-1/λ_S1

SHG+DFG：1/λ_i1＝2/λ_P-1/_S1

……                                       (2)

……

……

DFG：1/λ_in＝1/λ_SH-1/λ_Sn

SHG+DFG：1/λ_m＝2/λ_P-1/λ_Sn

根据式(2)，当保持泵浦光12波长不变时，n个信号光19和n个空闲光20的波长近似关于泵浦光12的波长呈对称分布，n个空闲光20的波长分别对应由n个信号光19的波长决定，n个信号光19的波长可以在很宽的范围内实现可调谐，调节n个信号光19的波长可以得到不同的n个空闲光20的波长。

对于固定输入的非归零码信号光，当要实现可调谐的全光码型转换时，非归零码信号光的波长置于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处，通过适当调节泵浦光的波长即可以在得到归零码信号光的同时还可以实现归零码空闲光的可调谐输出。本发明装置仍然基于级联倍频和差频二阶非线性效应和干涉原理。如图7所示，本发明装置的工作原理与图1相比不同之处在于：由于信号光波长位于倍频过程准相位匹配波长处，因此非线性光波导中第一路信号光与泵浦光发生级联倍频和差频二阶非线性效应时，在倍频过程中两个信号光光子湮灭以产生一个倍频光光子，与此同时，在差频过程中一个倍频光光子湮灭以产生一个泵浦光光子和一个转换空闲光光子。信号光在这个过程中会受到衰减。从描述级联倍频和差频二阶非线性效应的耦合模方程可以知道，在级联倍频和差频过程中，差频过程的存在会减缓倍频过程的进行。这也就说是，信号光在没有泵浦光时的衰减速度要快于有泵浦光时的衰减速度，前者发生的只是倍频过程，后者发生的则是级联倍频和差频过程。因此，如图7虚线框A所示，在非线性光波导输出端，第一路信号光在时域上与泵浦光重叠的部分受到衰减的速度要慢于与泵浦光不重叠的部分。调节第二路信号光的光功率，使其与第一路信号光时域上与泵浦光不重叠部分的光功率水平相等，如图7虚线框B所示，同时第二路信号光相对于第一路信号光引入π相移。这样两路信号光干涉输出的结果即可以得到归零码的信号光。另外，第一路信号光与泵浦光在级联倍频和差频过程中生成的转换空闲光也是归零码，如图7虚线框A所示。

本发明装置与图2所示结构完全一样，只是非归零码信号光的波长需要调节在非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处。沿马赫-曾德尔干涉仪下臂传输的第一路信号光在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形如图7中虚线框A所示；沿马赫-曾德尔干涉仪上臂传输的第二路信号光在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形如图7中虚线框B所示。当两路信号光在第二光耦合器7第三端口I干涉输出时，第二路信号光相对于第一路信号光总共引入了π相移。两路信号光干涉的结果是得到归零码的信号光。另外，第一路信号光与泵浦光在非线性光波导6中经过级联倍频和差频相互作用还将生成归零码空闲光，如图7中虚线框A所示。基于本发明装置，通过适当调节泵浦光的波长可以在固定输入信号光的情况下实现单信道-双信道可调谐的全光码型转换。如图8所示，信号光14和泵浦光12参与级联倍频和差频相互作用：信号光14位于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处，信号光14通过倍频过程生成倍频光21，与此同时，泵浦光12与倍频光21发生差频相互作用得到转换空闲光22。根据能量守恒定理，信号光14、倍频光21、泵浦光12以及转换空闲光22的波长满足如下关系式：

SHG：1/λ_SH＝2/λ_S

DFG：1/λ_i＝1/λ_SH-1/λ_P    (3)

SHG+DFG：1/λ_i＝2/λ_S-1/λ_P

根据式(3)，对于固定输入的信号光14，只要通过适当调节泵浦光12的波长就可以实现空闲光22的可调谐输出，空闲光22的波长由泵浦光12的波长决定。利用基于级联倍频和差频二阶非线性效应的全光码型转换方法并通过适当调节泵浦光12的波长，可以非常方便地实现单信道-双信道可调谐的全光码型转换，即固定输入非归零码信号光到归零码信号光的转换以及固定输入非归零码信号光到可调谐输出归零码空闲光的转换。

当要实现单信道-多信道可调谐的全光码型转换时，基于级联倍频和差频二阶非线性效应，非归零码信号光波长仍然位于非线性光波导倍频过程准相位匹配波长处，此时需要输入多个泵浦光。如图9所示，本发明装置的工作原理是：在图7基础上进一步增加输入泵浦光的数目，即输入多个泵浦光。类似于图7输入单个泵浦光的情况，每输入一个泵浦光将会对应产生一个归零码转换空闲光。当输入n个泵浦光时，经过级联倍频与差频相互作用将会得到n个归零码转换空闲光，再加上一个归零码信号光，这样就实现了单信道-(n+1)信道非归零码到归零码的全光码型转换，其中一个信道码型转换前后波长保持不变，而另外n个信道码型转换前后波长发生改变，即同时实现了码型转换和波长转换。

如图10所示，本发明装置在图2所示结构的基础上增加第二波分复用器23和第二波分解复用器18。其中，第二波分复用器23的输出端与第二可调谐延时线8相连，其输入端对外提供多个泵浦光的输入端口。第二波分解复用器18的输入端与第二可调谐滤波器11相连，其输出端对外提供多个归零码空闲光的输出端口。基于图10所示发明装置，每输入一个泵浦光对应会产生一个归零码空闲光。

输入多个泵浦光经第二波分复用器23和第二可调谐延时线8后通过第三光耦合器4注入马赫-曾德尔干涉仪的下臂，多个泵浦光与第一路信号光在非线性光波导中发生级联倍频和差频相互作用生成多个归零码空闲光，如图9中虚线框A所示。另外，第一、第二路信号光在到达第二光耦合器7第三端口I处时的时域波形分别如图9中虚线框A和B所示，第二路信号光相对于第一路信号光总共引入了π相移，两路信号光干涉的结果是得到归零码的信号光。

利用图10所示发明装置，通过适当调节多个泵浦光的波长可以实现可调谐的单信道-多信道非归零码到归零码的全光码型转换。可调谐原理如图11所示，在图8基础上增加泵浦光的数目，当输入n个泵浦光时，信号光14以及n个泵浦光24参与级联倍频与差频相互作用：位于倍频过程准相位匹配波长处的信号光14经过倍频过程生成倍频光21，与此同时，n个泵浦光24与倍频光21发生差频相互作用得到相应的n个转换空闲光25。根据能量守恒定理，信号光14、倍频光21、n个泵浦光24以及n个转换空闲光25的波长满足如下关系式：

SHG：1/λ_SH＝2/λ_S

DFG：1/λ_i1＝1/λ_SH-1/λ_P1

SHG+DFG：1/λ_i1＝2/λ_S-1/λ_P1

……                                          (4)

……

……

DFG：1/λ_m＝1/λ_SH-1/λ_Pn

SHG+DFG：1/λ_m＝2/λ_S-1/λ_Pn

根据式(4)，对于固定输入的信号光14，只要通过适当调节n个泵浦光24的波长就可以相应实现n个空闲光25的可调谐输出，n个空闲光25的波长分别对应由n个泵浦光24的波长决定，而且n个空闲光25的波长与n个泵浦光24的波长近似关于信号光14的波长呈对称分布。利用基于级联倍频和差频二阶非线性效应的全光码型转换方法并通过适当调节n个泵浦光24的波长，可以非常方便地实现单信道-多信道可调谐的全光码型转换。

Claims (3)

1、一种非归零码到归零码全光码型转换装置，其特征在于：该装置包括第一至第四光耦合器(1、7、4、9)、第一、第二可调谐延时线(2、8)、可调光衰减器(3)、偏振控制器(5)、非线性光波导(6)和第一、第二可调谐滤波器(10、11)，其中，非线性光波导(6)为PPLN光波导或AlGaAs光波导；

第一光耦合器(1)设有四个端口(C、D、E、F)，其中第一端口(C)与第四端口(F)呈对角位置，第二端口(D)与第三端口(E)呈对角位置，且第一端口(C)和第二端口(D)位于同一侧，第三端口(E)和第四端口(F)位于同一侧；第二光耦合器(7)设有四个端口(G、H、I、J)，其中，第一端口(G)与第四端口(J)呈对角位置，第二端口(H)与第三端口(I)呈对角位置，且第一端口(G)和第二端口(H)位于同一侧，第三端口(I)和第四端口(J)位于同一侧；第一光耦合器(1)的第三端口(E)依次与第一可调谐延时线(2)和可调光衰减器(3)相连后与第二光耦合器(7)的第一端口(G)连接，构成马赫一曾德尔干涉仪的上臂；第一光耦合器(1)的第四端口(F)依次经过第三光耦合器(4)、偏振控制器(5)、非线性光波导(6)与第二光耦合器(7)的第二端口(H)相连，构成马赫-曾德尔干涉仪的下臂；

第一光耦合器(1)的第一端口(C)对外提供非归零码信号光的输入端口，第二端口(D)闲置；第二光耦合器(7)的第三端口(I)与第四光耦合器(9)连接后分为两路，然后分别与第一、第二可调谐滤波器(10、11)相连，并对外分别提供归零码信号光和归零码空闲光的输出端口；第二可调谐延时线(8)的一端对外提供泵浦光的输入端口，其另一端与第三光耦合器(4)相连，其连接端口与第一光耦合器(1)和第三光耦合器(4)的连接端口位于同一侧。

2、根据权利要求1所述的全光码型转换装置，其特征在于：该装置还包括第一波分复用器(16)和第一、第二波分解复用器(17、18)；其中，第一波分复用器(16)的输出端与第一光耦合器(1)的第一端口(C)相连，其输入端对外提供多个非归零码信号光的输入端口，第一波分解复用器(17)的输入端与第一可调谐滤波器(10)相连，其输出端对外提供多个归零码信号光的输出端口，第二波分解复用器(18)的输入端与第二可调谐滤波器(11)相连，其输出端对外提供多个归零码空闲光的输出端口。

3、根据权利要求1所述的全光码型转换装置，其特征在于：该装置还包括第二波分复用器(23)和第二波分解复用器(18)；其中，第二波分复用器(23)的输出端与第二可调谐延时线(8)相连，其输入端对外提供多个泵浦光的输入端口；第二波分解复用器(18)的输入端与第二可调谐滤波器(11)相连，其输出端对外提供多个归零码空闲光的输出端口。

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