CN2653789Y - 交叉增益调制型波长转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交叉增益调制型波长转换器，一个激光器经调制器调制输出泵浦光，另一个激光器输出连续的探测光，探测光和泵浦光经波分复用器耦合后，从光环形器的端口A输入，从端口B输出进入半导体光放大器，该光放大器的前端面、后端面均镀有增透膜，从半导体光放大器后端面反射回来的光经光环形器的端口B输入，从端口C输出到可调带通滤波器，滤出转换光信号。本实用新型采用基于单端耦合输入输出、双程增益的半导体光放大器结构，因而对消光比退化有很好地改善，且结构简单、容易实现，转换效率高，转换波长范围宽。

Description

交叉增益调制型波长转换器

技术领域

本实用新型涉及一种波长转换器，特别涉及一种交叉增益型波长转换器。

背景技术

随着国际互联网(INTERNET)和IP技术的飞速发展与广泛应用，各种新型带宽业务不断涌现，社会对信息量的需求呈指数增长，光纤通信系统由于具有巨大的带宽潜力，在通信系统中占有的比例将越来越大。以密集波分复用(DWDM)技术为主体的全光网络已被公认为缓解日益增长的通信容量难题的最为有效的方式。利用DWDM技术提高通信容量一般有两种途径：一是增加点到点通信系统中参与复用的波长数目，但是实际应用中复用的数目是很有限的；二是采用波长路由技术，构建基于DWDM、光交叉连接(OXC)、光分插复用(OADM)的全光通信网络。全光波长转换器可在DWDM传输系统和全光通信网络中发挥关键性作用。波长转换器能实现传输信息从一个波长向另一个波长的转换；能实现开放式DWDM传输系统中光波长的转发；能实现波长的再利用，构成可任意扩展的波分复用网络；能在数字交叉连接中实现波长路由；能降低波分复用网络的阻塞率；能分散网络的管理，提高波分复用网络的灵活性和可靠性。

全光波长转换器的实现机理很多，但其中基于半导体光放大器的交叉增益调制型(XGM)，交叉相位调制型(XPM)和四波混频型(FWM)全光波长转换器最具有实用化前景。

交叉增益型波长转换器由于具有结构简单，容易实现和转换效率高的优点一直是国际上研究的热点。目前报道的交叉增益型波长转换器都是利用双端面耦合输入输出的半导体光放大器，此种结构存在严重的输出消光比退化，尤其是在向长波长转换时退化更加严重，而且传统的光放大器制作很困难，为抑止剩余反射，需采取剩余反射率达10^-6量级的端面增透技术或斜有源腔，非球透镜耦合和隔离器等等，另外在波长转换中，要取得好的输出消光比特性和高的转换速率，需采取长有源区的半导体光放大器，这就更加大了光放大器制作的难度。

张新亮2000年博士论文《半导体光放大器用作全光波长转换器的研究》公开了一种交叉增益调制型波长转换器，其结构为同向注入方式，如图1所示，一个激光器出射的光是经调制器调制后输出的泵浦光，携带了调制信号，另一个激光器出射的是连续的探测光，探测光和泵浦光经波分复用器合光后，从半导体光放大器的前端面输入，从后端面输出，该光放大器的前端面及后端面均镀有增透膜，其剩余反射率均不大于10^-4，可调带通滤波器滤出转换光信号。该种波长转换器结构简单，但存在消光比退化问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种交叉增益调制型波长转换器，它可以解决现有交叉增益调制型波长转换器存在的消光比退化问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一个激光器经调制器调制输出泵浦光，另一个激光器输出连续的探测光，探测光和泵浦光经波分复用器耦合后，从光环形器的端口A输入，从端口B输出进入半导体光放大器，该光放大器的前端面镀增透膜，后端面镀增透膜，从半导体光放大器后端面反射回来的光经光环形器的端口B输入，从端口C输出到可调带通滤波器，滤出转换光信号。

本实用新型的优点在于：

1.本实用新型采用基于单向耦合输入输出、双程增益的半导体光放大器结构，因而对消光比退化有很好地改善。

2.结构简单、容易实现，转换效率高，转换波长范围宽。

附图说明

图1为现有交叉增益型波长转换器的一种结构示意图。

图2为本实用新型一种实施例的结构示意图。

图3为图2中半导体光放大器7的结构示意图。

图4为图2中光环形器的原理图，端口A输入，端口B输出。

图5为图2中光环形器的原理图，端口B输入，端口C输出。

图6为图2中不同后端面透射损耗条件下，探测通道获得的增益差与探测光功率之间的关系比较图。

图7为图2转换器与图1转换器探测通道获得的增益差与探测光功率之间的关系比较图。

具体实施方式

由图2所示，激光器2经调制器1调制输出泵浦光，激光器3输出连续的探测光，探测光和泵浦光经波分复合器4耦合后，从光环形器5的端口A输入，从端口B输出进入半导体光放大器7，该光放大器7的前端面镀增透膜9，后端面镀增透膜10，从半导体光放大器7后端面反射回来的光经光环形器5的端口B输入，从端口C输出到可调带通滤波器8，滤出转换光信号。

考虑到半导体光放大器7的偏振灵敏性，在光环形器5与半导体光放大器7之间接有偏振控制器6，在光进入半导体光放大器7之前，可以获得更好地偏振特性。

产生泵浦光的激光器2和产生探测光的激光器3均选用DFB激光器，调制器1的作用是让激光器2出射的光加载调制信号。通常，调制速率不高于2.5Gb/s时，宣选用内调制；速率高于10Gb/s时，宜选用外调制。波分复用器4可采用滤波片型二路复用器。

半导体光放大器7是特殊镀制的，如图3所示，因为是单端耦合方式，所以前端面镀剩余反射率较低的增透膜，剩余反射率可小于或等于10^-3，后端面镀剩余反射率较高的增透膜，剩余反射率可大于10^-3，小于10^-1，采用拉锥光纤与放大器芯片耦合方式。

光环形器5是一种非互易器件，光可以从一端输入，从另一端输出，反之，从另一端输入的光，则不能反向输出。通常的光环形器有三个端口。

图4表示从端口A输入，从端口B输出的情况，其中11为偏振分光镜，12为反射透镜，双折射分离元件13将输入光束分离成正交偏振的寻常光线和非寻常光线。寻常光线继续沿着其原来的光路前进，而非寻常光线则向上位移。接着，单向法拉第旋转器14和相位旋转器15的复合效应使两束光线的偏振方向反转。由于偏振反转，双折射分离元件16的作用与分离元件13的作用正好相反，它把两束光线重新复合，在端口B输出。

图5表示从端口B输入，从端口C输出的情况，输入光束被双折射分离元件16分成两个正交偏振光线，由于法拉第旋转器的非互易性，光纤偏振不会在该方向上改变。这时分离元件13使两束光线更加分离，以致使它们偏离端口A的轴。但两束光线分别通过偏振分光镜11和反射棱镜12后又重新组合，从端口C输出。

单端耦合半导体光放大器SOA与现有SOA的区别在于，前者输入和输出共用同一个端口，用同一根光纤耦合输入、输出，输入和输出信号用环形器分开。输入光信号经过单端SOA可以获得双程增益，增益的大小与后端面反射率的大小相关。

本实用新型中，半导体光放大器后端面反射率大小直接影响输出消光比、转换效率等性能指标。比如反射率太高时，由于功率较大探测光在返程时获得的增益较小，因而消光比改善得不明显，反射率太低，消光比特性会得到很大改善，但转换效率会降低，因而需要根据有源区增益和长度来优化后端面反射率。

由图6所示，曲线d对应后端面透射率为0.8，曲线e对应为0.9，曲线f对应为0.99。由图可见，放大器后端面的透射损耗越大，探测光回程获得的增益就越大，交叉增益调制时，探测光获得的增益差也越大，因而输出消光比特性越好。但也可以看出，探测光功率很小时，三种情况下的增益差的差别并不大。另外，透射损耗过大，转换输出的信号功率会下降，要保证一定的输出信号质量，就需增大注入的泵浦功率，这就相当于减小了波长转换器泵浦光的动态范围。因此应合理选择放大器后端面的透射损耗，才能在提高输出消光比的同时保证输出信号质量。

转换输出的消光比取决于增益饱和导致的增益调制度，泵浦光分别为“0”信号和“1”信号时，探测光获得的增益差越大，转换输出的消光比就越大。与现有双端耦合输入输出的放大器相比较，光信号在单端耦合的放大器中能获得双程增益，导致探测光获得的增益差也会加大，因而采用单端耦合的放大器实现波长转换能取得很好的消光比特性。如图7所示，曲线g对应普通的波长转换方案，采用双端耦合的半导体光放大器，后端面透射率为100％，有源区长为500μm；曲线h对应的波长转换方案，采用双端耦合的半导体光放大器，后端面透射率为100％，有源区长为1000μm；曲线i对应本实用新型提出的新方案，采用单端耦合输入输出的半导体光放大器，后端面透射率为0.99，有源区长为500μm。在上述三种方案中，探测通道获得的增益差都会随探测功率的增大而减小，但曲线i对应的本实用新型的增益差总是大于其他现有的两种方案，并且其增益差的变化幅度也要小于这两种方案。因而可以推断采用单端耦合半导体光放大器的新型波长转换器具有更好的输出消光比特性。

值得提出的是，本实用新型中，放大器的后端面的透射损耗虽然会减小探测光获得的实际增益，但由于它在泵浦光为“0”和“1”时起相同的作用，因而并不会减小探测光获得的增益差。同时，正是由于透射损耗的存在，使得泵浦光为“0”信号时，放大的探测光在回程时不会引起放大器的增益饱和。而在现有的长有源区放大器中，即使在泵浦光为“0”信号时，放大器的后半部分往往由于探测光本身的放大也会出现增益饱和，这就会相应减小探测光获得的增益差。因此采用单端耦合的放大器实现波长转换，比采用双倍有源区长度的放大器能获得更好的输出消光比特性。

Claims (2)

1.一种交叉增益调制型波长转换器，其特征在于：一个激光器(2)经调制器(1)调制输出泵浦光，另一个激光器(3)输出连续的探测光，探测光和泵浦光经波分复用器(4)耦合后，从光环形器(5)的端口A输入，从端口B输出进入半导体光放大器(7)，该光放大器(7)的前端面镀增透膜(9)，后端面镀增透膜(10)，从半导体光放大器(7)后端面反射回来的光经光环形器(5)的端口B输入，从端口C输出到可调带通滤波器(8)，滤出转换光信号。

2.根据权利要求1所述的交叉增益调制型波长转换器，其特征在于：在光环形器(5)与半导体光放大器(7)之间接有偏振控制器(6)。

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