CN204065629U - 一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，包括探测光激光器、第一泵浦激光器、光调制器、第一耦合器、光隔离器、第一滤波器、第二泵浦激光器、第二耦合器、第二滤波器和光接收机，探测光激光器与第一耦合器连接，第一泵浦激光器与光调制器相连接，光调制器与第一耦合器连接，第一耦合器与光隔离器连接，光隔离器与第一滤波器连接，第一滤波器与第二耦合器连接，第二泵浦激光器与第二耦合器相接，第二耦合器连接第二滤波器，第二滤波器与光接收机相连接。本实用新型结构简单，波长转换速率快，可以实现跨波段的可调谐波长转换，并且能够使转换后输出的光功率相等，实用性强。

Description

一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，特别是一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器。

背景技术

当前社会，信息呈爆炸式增长，现有的电子网络、光电混合网络已无法满足人们的需求，全光网络的发展是必然的趋势。全光网络中，波长数目决定了信道的容量。近年来，波分复用技术被应用到全光网络中，光纤传输的光波长数量更多，然而受诸多因素限制，可用的波长数仍然有限，不可能达到波长数与节点一一对应。在传输过程中两个信道的光波长相同，在输出端时相互争用，就可能引发波长阻塞，这时候波长转换就可以解决这一问题。

目前成熟的波长转换技术是光-电-光转换技术，这种技术的缺点是，波长转换信号的相位和振幅等信息容易丢失，成本高，系统升级受限。全光波长转换器能够把信号光上携带的信息从一个波长高效、可靠、简便地转换到另一个波长上，这样一来就解决了两个信道波长争用输出端的问题。同时无需经过光/电(OE)、电/光(EO)转换，光信号格式以及转换速度不受限制。

可调谐波长转换器不仅具有普通的全光波长转换器的功能，还可以大大减少光网络节点中的波长转换器数目和光分组交换网络中的缓冲器数目，容易实现动态波长路由，系统成本大大降低，是智能化光网络的关键组件，在密集波分复用(DWDM)传输网络和光分组交换网络中将起到重要的作用。

可调谐波长转换之后输出的光功率并不相同的，这是由于在波长转换的过程中，探测光得到的来自泵浦信号光的增益不一致。转换输出的光功率不相等，不但会限制信号光的信噪比，还会导致波分复用信道功率不一致，光功率较强信道的功率可能持续增长，以致达到非线性阈值，限制系统性能的提升，更可能导致波分复用信道解复用器的输出端的串扰，使通信线路数量受到限制，通信系统的容量也随之大大减少。所以对于高速率、大容量的下一代光通信网络而言，研究输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其结构简单，设计合理，实现成本低，波长转换速率快、带宽宽，能够透明波长转换和可调谐波长转换，并且可以使转换输出的信号光功率相等，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，包括探测光激光器、第一泵浦激光器、光调制器、第一耦合器、光隔离器、第一滤波器、第二泵浦激光器、第二耦合器、第二滤波器和光接收机，所述探测光激光器的输出端对应地通过第一光纤与第一耦合器的输入端连接，第一泵浦激光器的输出端通过第一段第二光纤与光调制器的输入端连接，光调制器的输出端通过第一段第二光纤与第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的输出端通过第一段第三光纤连接光隔离器的输入端，所述光隔离器的输出端通过第四光纤连接第一滤波器的输入端，所述第一滤波器的输出端通过第五光纤连接第二耦合器的输入端，所述第二泵浦激光器的输出端通过第二段第二光纤与所述第二耦合器的输入端连接，所述第二耦合器的输出端通过第二段第三光纤连接第二滤波器的输入端，所述第二滤波器的输出端通过第六光纤与光接收机的输入端相连；所述探测光激光器的任意一个中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2P，且的取值范围为11THz～13THz，的取值范围为15THz～17THz，其中，c为光速且取值c＝3×10⁸m/s；i的取值为1～N，N为整数。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述探测光激光器输出的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv＝(c/λ_1P)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为11THz～13THz。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述探测光激光器输出的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器的中心波长λ_2P满足频移计算公式Δv＝(c/λ_2P)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为15THz～17THz。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一段第三光纤和第二段第三光纤均为波分复用光纤，所述波分复用光纤的喇曼增益谱在11THz～17THz的频移范围内归一化喇曼增益系数范围为0.27×10^-13m/W～1.35×10^-13m/W。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一滤波器和第二滤波器的中心波长与探测光激光器的中心波长相同。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述光接收机的最低光接收灵敏度为-18dBm。

与现有技术相比，本实用新型结构简单，设计合理，实现方便且成本低，输出增益高、增益平坦度好、响应时间快、饱和输出功率大、噪声指数低且易于耦合，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图中：1-探测光激光器；2-第一泵浦激光器；3-光调制器；4-第一耦合器；5-光隔离器；6-第一滤波器；第二泵浦激光器；8-第二耦合器；9-第二滤波器；10-光接收机；11-第一光纤；12-第一段第二光纤；13-第一段第三光纤；14-第四光纤；15-第五光纤；16-第二段第二光纤；17-第二段第三光纤；18-第六光纤。

图2为本实用新型第三光纤的喇曼增益谱；

图3为本实用新型中第一泵浦信号光的信号示意图；

图4为本实用新型中波长转换后输出的光功率图

图5(a)为本实用新型中中心波长为1645nm的探测光在波长转换后的信号示意图；(b)中心波长为1650nm的探测光在波长转换后的信号示意图；(c)中心波长为1655nm的探测光在波长转换后的信号示意图；(d)中心波长为1660nm的探测光在波长转换后的信号示意图；

图6为(a)为本实用新型中中心波长为1645nm的探测光在增益补偿后的信号示意图；(b)中心波长为1650nm的探测光在增益补偿后的信号示意图；(c)中心波长为1655nm的探测光在增益补偿后的信号示意图；(d)中心波长为1660nm的探测光在增益补偿后的信号示意图；

图7为图5和图6的中心波长不同的四个探测光在波长转换后(＊)和增益补偿后(□)的信号光峰值功率对比图。

具体实施方式

下面结合附图及其具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示的本实用新型的一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，包括探测光激光器1、第一泵浦激光器2、光调制器3、第一耦合器4、光隔离器5、第一滤波器6、第二泵浦激光器7、第二耦合器8、第二滤波器9和光接收机10，所述探测光激光器1的输出端对应地通过第一光纤11与第一耦合器4的输入端连接，第一泵浦激光器2的输出端通过第一段第二光纤12与用于对第一泵浦激光器输出的泵浦光进行调制从而携带信号的光调制器3的输入端连接，光调制器3的输出端通过第一段第二光纤12与第一耦合器4的输入端连接，第一耦合器4的输出端通过用于通过受激喇曼散射效应来对连续探测光进行波长转换的第一段第三光纤13连接隔离反向传输光的光隔离器5的输入端，光隔离器5的输出端通过第四光纤14连接用于滤除掉第一泵浦激光器产生的激光的第一滤波器6的输入端，第一滤波器6的输出端通过第五光纤15连接用于对第二泵浦激光器7产生的连续激光与经过波长转换后的信号光进行耦合的第二耦合器8的输入端，第二泵浦激光器8的输出端通过第二段第二光纤16与所述第二耦合器8的输入端连接，第二耦合器8的输出端通过用于对第二耦合器8输出的功率各不相等的信号光进行增益补偿的第二段第三光纤17连接用于滤除掉第二泵浦激光器产生的激光的第二滤波器9的输入端，第二滤波器9的输出端通过第六光纤18与光接收机10的输入端相连；所述探测光激光器1的中心波长可调，且任意一个中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器2的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器7的中心波长λ_2P，且的取值范围为11THz～13THz，的取值范围为15THz～17THz，其中，c为光速且取值c＝3×10⁸m/s；i的取值为1～N，N为整数。

本实用新型所述的探测光激光器1输出的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器2的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv＝(c/λ_1P)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为11THz～13THz。

本实用新型所述的探测光激光器1输出的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器7的中心波长λ_2p满足频移计算公式Δv＝(c/λ_2p)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为15THz～17THz。

本实用新型所述第一段第三光纤13和第二段第三光纤17均为波分复用光纤，所述波分复用光纤的喇曼增益谱在11THz～17THz的频移范围内归一化喇曼增益系数范围为0.27×10^-13m/W～1.35×10^-13m/W。

本实施例中所述第一滤波器6和第二滤波器9的中心波长与探测光激光器1的中心波长相同。

本实施例中所述光接收机10的最低光接收灵敏度为-18dBm。

采用本实用新型进行波长转换且输出信号光功率相等的方法，包括以下步骤：

步骤一、选择中心波长为λ_1P的第一泵浦激光器2，第一泵浦激光器2输出第一连续泵浦光并经过第一段第二光纤12传输光调制器3，通过光调制器3对第一泵浦激光器2输出的第一连续泵浦光进行调制形成泵浦信号光，并将所述泵浦信号光通过第一段第二光纤12传输给第一耦合器4；本实施例中，选择中心波长为λ_1P＝1550nm、功率为5W的第一泵浦激光器2；所述泵浦信号光的光功率示意图如图3所示；图3中，横坐标表示时间t，单位为秒ns；纵坐标表示光功率P，单位为分贝毫dBm；“1”码功率为5W，“1”码功率化为分贝毫约为36.9897dBm；

步骤二、探测光激光器1根据频移计算公式Δv＝(c/λ_1P)-(c/λ_i)输出中心波长各不相同的连续探测光，其中λ_i为探测光激光器输出的任意一个连续探测光的中心波长，并将探测光激光器输出的中心波长各不相同的信号光经第一光纤传输给第一耦合器4；如图2，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为11THz～13THz，这个取值范围在喇曼增益谱内喇曼增益系数随频移的增大而增大；本实施例中，选取探测光激光器发送连续探测光的波长范围为1600nm～1700nm且各波长间隔为1nm，光功率均为-20dBm；

步骤三、通过第一耦合器4将第一段第二光纤12传输的所述第一泵浦信号光和第一光纤1分别传输的中心波长不同的连续探测光耦合输入到第一段第三光纤13中；

步骤四、经第一耦合器4输入的所述第一泵浦信号光和连续探测光在第一段第三光纤13中经过受激喇曼散射效应对连续探测光进行放大，把泵浦信号光上携带的信息透明转换到了连续探测光上后输入到光隔离器5，然后经第四光纤14传输输入到第一滤波器6中，第一泵浦信号光经第一滤波器6被滤除掉；探测光波长在1600nm～1700nm范围内经波长转换后的输出光功率如图4所示，其中满足光接收机10的最低光接收灵敏度为-18dBm这一要求的可调谐范围为1616nm～1690.8nm；

步骤五、根据频移计算公式Δv＝(c/λ_2P)-(c/λ_i)选择第二泵浦激光器7的中心波长，其中λ_i为探测光激光器1中任意输出的一个中心波长，第二泵浦激光器7输出第二连续泵浦光并经过第二段第二光纤16传给第二耦合器8，与经第一滤波器6输出的波长经第二耦合器8输入到第二段第三光纤17；如图2中，Δv为频移量且Δv的取值范围为15THz～17THz，这个取值范围在喇曼增益谱内喇曼增益系数随频移增大而减小；本实施例中，选择出四个波长等间距的探测光激光器1的中心波长分别为1645nm、1650nm、1655nm和1660nm，第二泵浦激光器7的中心波长为1518.59nm，其功率与第一泵浦激光器2输出的光功率相等；

步骤六、经第二耦合器8耦合输入到所述第二段第三光纤17中的第二连续泵浦光和探测信号光在第二段第三光纤17中经过受激喇曼散射效应对探测信号光进行增益补偿；

步骤七、中心波长不同的探测光和第一泵浦激光器2产生的第一泵浦信号光经过第一段第三光纤13进行波长转换，转换后的探测信号光和第二泵浦激光器7产生的第二连续泵浦光再经过第二段第三光纤17进行增益补偿，使得探测信号光的光功率相等并传输给第二耦合器8；本实施例中，所述第一段第三光纤13的长度为0.1km，所述第二段第三光纤17的长度为0.0285km；由于在与第一段第三光纤13同种类的第二段第三光纤17中加入了中心波长与第一泵浦信号光波长不同的第二连续泵浦光，对第二泵浦激光器7波长的改变使得频移范围得到了改变，使得第二段第三光纤17中对探测信号光的喇曼增益系数与第一段第三光纤13中对探测光的喇曼增益系数呈互补的走势，第一段第三光纤13中第一泵浦信号光对探测光的喇曼增益系数随频移的增大而增大，第二段第三光纤17中第二连续泵浦光对探测信号光的喇曼增益系数随频移的增大而减小，使得在第一段第三光纤13中运用第一部分频移范围进行喇曼放大实现波长转换，在第二段第三光纤17中运用第二部分频移范围进行放大功率的补偿作用，最终达到输出光功率相等的效果；

步骤八、所述第二滤波器9滤除掉第二连续泵浦光，输出增益补偿后的光功率相等的探测信号光；中心波长不同的探测光在第一段第三光纤13中进行波长转换后探测光的信号示意图如图5(a)、(b)、(c)、(d)所示，在第二段第三光纤17中进行增益补偿后探测光的信号示意图如图6(a)、(b)、(c)、(d)所示；波长转换后和增益补偿后的信号光峰值功率如图7所示，横坐标表示信号光波长λ，单位为nm；纵坐标表示峰值功率，单位为dBm；从图4可以看出，经过增益补偿后各信号光的峰值功率趋于相等。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于，包括探测光激光器(1)、第一泵浦激光器(2)、光调制器(3)、第一耦合器(4)、光隔离器(5)、第一滤波器(6)、第二泵浦激光器(7)、第二耦合器(8)、第二滤波器(9)和光接收机(10)，所述探测光激光器(1)的输出端通过第一光纤(11)与第一耦合器(4)的输入端连接，第一泵浦激光器(2)的输出端通过第一段第二光纤(12)与光调制器(3)的输入端连接，光调制器(3)的输出端通过第一段第二光纤(12)与第一耦合器(4)的输入端连接，所述第一耦合器(4)的输出端通过第一段第三光纤(13)连接光隔离器(5)的输入端，所述光隔离器(5)的输出端通过第四光纤(14)连接第一滤波器(6)的输入端，所述第一滤波器(6)的输出端通过第五光纤(15)连接第二耦合器(8)的输入端，所述第二泵浦激光器(8)的输出端通过第二段第二光纤(16)与所述第二耦合器(8)的输入端连接，所述第二耦合器(8)的输出端通过第二段第三光纤(17)连接第二滤波器(9)的输入端，所述第二滤波器(9)的输出端通过第六光纤(18)与光接收机(10)的输入端相连；所述探测光激光器(1)的任意一个中心波长λ_i均大于所述第一泵浦激光器(2)的中心波长λ_1P和所述第二泵浦激光器(7)的中心波长λ_2P，且的取值范围为11THz～13THz，的取值范围为15THz～17THz，其中，c为光速且取值c＝3×10⁸m/s；i的取值为1～N，N为整数。 

2.根据权利要求1所述的输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于：所述探测光激光器(1)输出的中心波长λ_i与所述第一泵浦激光器(2)的中心波长λ_1P满足频移计算公式Δv＝(c/λ_1P)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为11THz～13THz。 

3.根据权利要求1所述的输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于：所述探测光激光器(1)输出的中心波长λ_i与所述第二泵浦激光器(7)的中心波长λ_2P满足频移计算公式Δv＝(c/λ_2P)-(c/λ_i)，其中，Δv为频移量且Δv的取值范围为15THz～17THz。 

4.根据权利要求1所述的输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于：所述第一段第三光纤(13)和第二段第三光纤(17)均为波分复用光纤，所述波分复用光纤的喇曼增益谱在11THz～17THz的频移范围内归一化喇曼增益系数范围为0.27×10^-13m/W～1.35×10^-13m/W。 

5.根据权利要求1所述的输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于：所述第一滤波器(6)和第二滤波器(9)的中心波长与探测光激光器(1)的中心波长相同。 

6.根据权利要求1所述的输出光功率相等的可调谐全光喇曼波长转换器，其特征在于：所述光接收机(10)的最低光接收灵敏度为-18dBm。