波長轉換器的製作方法

2023-06-01 05:01:06 1

專利名稱：：波長轉換器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及產生波長不同於輸入光波長的轉換光的波長轉換器。
背景技術：
：通過使用光纖中產生的非線性光學現象，例如四波混頻，一些波長轉換器產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。非專利文獻l(M.Onishi,etal.:Proc.23rdECOC,1997，vol.2,p.l15)披露了可以通過根據光纖的零色散波長調節輸入到光纖中的泵浦光的波長來獲得所需波長轉換特性。非專利文獻2(K.Inoue,etal.:IEEEPhotonicsTechnologyLett"vol.6(1994)1451)披露了可以用於這種目的的波長可調諧光源。使用該波長可調諧光源的波長轉換器具有複雜的結構並且是昂貴的。另一方面，已經作出努力來通過調節光纖的零色散波長獲得所需波長轉換特性。例如，非專利文獻3(M.Takahashietal.:Proc.32ndECOC2006Th.1.5.1)披露了通過拉伸光纖來使高非線性光纖的零色散波長偏移的方法。然而，非專利文獻3未披露用於在光纖上施加張力的具體方法。具體地說，在非專利文獻3中未檢驗用於重複地改變張力的方法。非專利文獻1:M.Onishi,etal.:Proc.23rdECOC,1997,vol.2，p.115非專禾U文獻2:K.Inoue，etal.:IEEEPhotonicsTechnologyLett.,vol.6(1994)1451非專利文獻3:M.Takahashietal.:Proc.32ndECOC2006Th.1.5.1非專禾U文獻4:T.Okuno,etal.:IEEEJ.Select.TopicsinQuantumElectron.Vol.5(1999)1385非專利文獻5:T.Okuno，etal.:Electron.Lett.Vol.39(2003)97
發明內容本發明要解決的問題本發明的目的在於提供一種具有簡單且成本低的結構的波長轉換器。解決問題的手段為了實現上述目的，本發明提供這樣一種波長轉換器其產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。所述波長轉換器包括(1)泵浦光源，其輸出泵浦光；(2)光學復用器，其將輸入光和所述泵浦光混合併輸出；(3)第一光纖，其接收並引導由所述光學復用器混合併輸出的輸入光和泵浦光，並利用在所述第一光纖引導所述輸入光和所述泵浦光時產生的非線性光學現象來產生轉換光，所述第一光纖是被巻繞的；以及(4)零色散波長調節裝置，其調節所述第一光纖的零色散波長。在根據本發明的波長轉換器中，優選的是，所述第一光纖是高非線性光纖(非線性係數Y等於或大於10W"km"的光纖)。零色散波長調節裝置通過調節所述第一光纖的溫度、或應力或張力來調節所述第一光纖的零色散波長。當通過調節溫度來調節零色散波長時，優選的是溫度調節範圍等於或大於40°C。當通過調節應力來調節零色散波長時，所述零色散波長調節裝置改變被巻繞的第一光纖的內徑。優選的是，根據本發明的波長轉換器還包括(a)探測器，其探測所述第一光纖的狀態；(b)控制器，其根據所述探測器的探測結果來控制所述零色散波長調節裝置對所述第一光纖的零色散波長的調節。優選的是，所述零色散波長調節裝置構造成可以獨立地控制被施加溫度、張力或應力的部分。釆用這種構造，零色散波長調節裝置可以將光纖的零色散波長調節成零色散波長在整個巻繞光纖上大致恆定。在不採用獨立控制的情況下，可以通過提供具有預設條件的控制系統而利用簡單的結構獲得相同的結果，該預設條件使得零色散波長相對於各個零色散波長在長度上恆定。此外，待巻繞的光纖可以製備成外徑、芯徑和殘餘應力特性沿著長度改變。通過使用這種光纖，即使利用具有例如一個控制點的簡單零色散波長調節裝置，也可以在整個巻繞光纖上提供大致恆定的零色散波長。此外，根據本發明的波長轉換器可以包括特性不同並且各自被巻繞的多根光纖、或者特性相同並且各自被巻繞的多根光纖。在該情況下，零色散波長調節裝置同時或單獨地調節光纖的溫度、或應力或張力以調節光纖的零色散波長。圖1是根據本發明第一實施例的波長轉換器的概念圖。圖2是示出根據第一實施例的波長轉換器所包括的光纖的色散特性的曲線圖。圖3是示出根據第一實施例的波長轉換器的波長轉換效率特性的曲線圖。圖4是示出根據第一實施例的波長轉換器所包括的零色散波長調節裝置的示例性結構的概念圖。圖5是示出根據第一實施例的波長轉換器所包括的零色散波長調節裝置的另一個示例性結構的概念圖。圖6是示出根據第一實施例的波長轉換器所包括的零色散波長調節裝置的另一個示例性結構的概念圖。圖7是示出根據第一實施例的波長轉換器所包括的零色散波長調節裝置的另一個示例性結構的概念圖。圖8是根據本發明第二實施例的波長轉換器的概念圖。圖9是根據本發明第三實施例的波長轉換器的概念圖。圖IO是根據本發明第四實施例的波長轉換器的概念圖。具體實施方式在下文中，參照附圖描述本發明的實施例。附圖僅用於示例目的，而不是為了限制本發明的範圍。在附圖中，相同的元件採用相同的附圖標記以避免重複描述。附圖中尺寸的比例不需要是精確的。(第一實施例)圖1是根據本發明第一實施例的波長轉換器1的概念圖。在波長轉換器1中，泵浦光源11輸出泵浦光。光學復用器21接收待轉換的輸入光以及從泵浦光源11輸出的泵浦光，並且光學復用器21將輸入光和泵浦光混合併輸出。光纖31在其一端接收已經被混合併從光學復用器21輸出的輸入光和泵浦光，並且引導輸入光和泵浦光。光纖31利用在光纖31引導輸入光和泵浦光吋產生的非線性光學現象(四波混頻)產生轉換光，並且從其另一端輸出轉換光。光纖31具有在泵浦光波長附近的零色散波長。從光纖31的上述另一端輸出的光不僅包括轉換光，而且包括泵浦光和波長與輸入光的波長相同的光。優選的是，光纖31是高非線性光纖(非線性係數Y等於或大於10W-W1的光纖)。在非專利文獻4(T.Okuno,etal.:IEEEJ.Select.TopicsinQuantumElectron.Vol.5(1999)1385)和非專利文獻5(T.kuno,etal.:Electron.Lett.Vol.39(2003)972)中披露了高非線性光纖的實例。在該情況下，波長轉換器1具有高的波長轉換效率從而可以使光纖31的長度變短。因此，可以減少偏振模色散、受激布裡淵散射、以及色散特性隨著長度的變化。優選的是，光纖31是巻繞的。在該情況下，波長轉換器可以制為較小並且容易處理。光學信號分離器41將已經從光纖31輸出的幾乎所有光輸出到波長選擇器51中並將光的一部分分離，並且將分離出的該部分光輸出到探測器71中。波長選擇器51接收從光學信號分離器41輸出併到達波長選擇器51的光，並且從所接收的光中選擇性地輸出轉換光。波長選擇器51是例如光學濾波器、光學分離器等。零色散波長調節裝置61調節光纖31的零色散波長。零色散波長調節裝置61通過調節光纖31的溫度、或應力或張力來調節光纖31的零色散波長。在用零色散波長調節裝置61調節光纖31的溫度時，優選的是溫度調節範圍等於或大於40'C。在該情況下，可以使得光纖31的零色散波長的調節量足夠大，從而可以使波長轉換器1的波長轉換特性的調節量足夠大。探測器71接收被光學信號分離器41分離並達到探測器71的光，並且根據接收光的結果來探測光纖31的狀態。此時，探測器71根據所接收光的功率、所接收光的光譜或所接收光中轉換光的功率探測出光纖31的狀態。根據探測器71的探測結果，控制器72用零色散波長調節裝置61來控制對光纖31的零色散波長的調節。波長轉換器1的操作如下。待轉換的輸入光以及從泵浦光源11輸出的泵浦光通過光學復用器21進行混合併且被輸入到光纖31的一端。在沿著光纖31引導輸入光和泵浦光時，會發生非線性光學現象，從而在光纖31中產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。在光纖31中產生的轉換光從光纖31的另一端輸出，並且該轉換光通過光學信號分離器41和波長選擇器51並被輸出。此時，零色散波長調節裝置61對光纖31的零色散波長進行調節，從而可以調節波長轉換器1的波長轉換特性。此外，探測器71探測光纖31的狀態。根據探測器71的探測結果，控制器72通過零色散波長調節裝置61來控制對光纖31的零色散波長的調節。採用這種構造，不僅可以調節波長轉換特性並且可以將波長轉換特性穩定地保持為所需特性。此外，波長轉換器1具有簡單並且成本低的結構。具體地說，已知當輸入功率較高時四波混頻的相位匹配偏移到長波長側。這樣，在一些情況下，需要根據輸入功率控制零色散波長。另外在這種情況下，通過例如根據輸入功率的增加/減小在不改變波長的情況下控制或維持轉換帶寬，使得本發明能夠允許進行靈活的操作。假定泵浦光波長是1549.4nm並且光纖31是這樣一種高非線性光纖在泵浦光波長處具有如表格所示的特性並且具有lkm的長度。在室溫下，零色散波長X。的微分係數(ca。/dT)是0.02nm廠C。色散斜率的波長相關性和光纖31的零色散波長沿著長度是一致的。8表格tableseeoriginaldocumentpage9因為光纖31具有0.02nm〃C的微分係數(d^/dT)，所以在溫度改變40'C時零色散波長改變0.8nm。圖2是示出光纖31的色散特性的曲線圖。實線示出在溫度To下的色散特性(情況1)，而虛線示出在溫度(To+4(TC)下的色散特性(情況2)。在情況1下，零色散波長是1549.8nm。在情況2下，零色散波長是1550.6nm。圖3是示出波長轉換器1的波長轉換效率特性的曲線圖。橫坐標表示輸入光與泵浦光的波長之間的差值AX。縱坐標表示用輸入光與泵浦光的波長相同時的波長轉換效率進行歸一化的波長轉換效率Ti。對於情況1，波長轉換帶寬(半峰全寬，Mlwidthathalfmaximum)是49.2nm;對於情況2，波長轉換帶寬是23.6nm。圖4至圖7是示出零色散波長調節裝置61的示例性結構611至614的概念圖。在如圖4至圖7所示的結構中，圍繞線圈管33的主體巻繞光纖31。如圖4所示的零色散波長調節裝置611包括電源62。電源62通過在線圈管33上施加電壓使電流通過線圈管33並加熱光纖31來調節光纖31的零色散波長。零色散波長調節裝置611可以包括設置在線圈管33或光纖31上的加熱器或珀爾帖(Peltier)裝置以加熱光纖31從而調節光纖31的零色散波長。如圖5所示的零色散波長調節裝置612包括電源63。電源63通過在線圈管33的主體32上施加電壓使電流通過主體32並使主體32熱膨脹以及改變光纖31的應力來調節光纖31的零色散波長。如圖6所示的零色散波長調節裝置613包括可脹縮構件64。可脹縮構件64是被插入到線圈管33的主體中的圓柱形構件。可以通過使用壓電裝置等使可脹縮構件沿著徑向膨脹和收縮。可脹縮構件64通過沿著徑向膨脹和收縮來改變光纖31的應力從而調節光纖31的零色散波長。線圈管的主體本身可以是壓電裝置。如圖7所示的零色散波長調節裝置614包括張力施加單元65。張力施加單元65在保持光纖31的端部的同時可移動，並通過對光纖31施加張力來調節光纖31的零色散波長。可選的是，線圈管33可以旋轉從而向光纖31施加張力並且調節光纖31的零色散波長。(第二實施例).圖8是根據本發明第二實施例的波長轉換器2的概念圖。各個光纖31A和31B與第一實施例的光纖31類似。光纖31A和31B可以是相同的類型或者是不同的類型。各個零色散波長調節裝置61A和61B與第一實施例的零色散波長調節裝置61類似。零色散波長調節裝置61A調節光纖31A的零色散波長。零色散波長調節裝置61B調節光纖31B的零色散波長。波長轉換器2的操作如下。待轉換的輸入光以及從泵浦光源11輸出的泵浦光經由光學復用器21進行混合併且被輸入到光纖31A的一端。在沿著光纖31A和31B引導輸入到光纖31A的一端中的輸入光和泵浦光時會產生非線性光學現象，從而在光纖31A和31B中產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。在光纖31A和31B中產生的轉換光從光纖31B的另一端輸出，並且該轉換光通過光學信號分離器41和波長選擇器51並被輸出。此時，零色散波長調節裝置61A調節光纖31A的零色散波長並且零色散波長調節裝置61B調節光纖31B的零色散波長，從而可以調節波長轉換器2的波長轉換特性。此外，探測器71探測光纖31A和31B的狀態。根據探測器71的探測結果，控制器72利用零色散波長調節裝置61A和61B來控制對光纖31A和31B的零色散波長的調節。因此，除了具有簡單和成本低的結構以外，第二實施例能夠通過包括串聯的多個線圈來增加控制波長轉換特性的總體靈活性。(第三實施例)圖9是根據本發明第三實施例的波長轉換器3的概念圖。除了波長轉換器2的結構以外，波長轉換器3還包括光學信號分離器12和光學復用器22。光學信號分離器12使從泵浦光源11中輸出的泵浦光分叉，並且將分叉的泵浦光輸出到光學復用器21和22中。將待轉換的輸入光以及從光學信號分離器12輸出併到達的泵浦光輸入到光學復用器21中。光學復用器21將輸入光和泵浦光混合併輸出到光纖31A中。將已經從光纖31A中輸出的光以及從光學信號分離器12輸出併到達的泵浦光輸入到光學復用器22中。光學復甩器22將這些光混合併輸出到光纖31B中。波長轉換器3的操作如下。待轉換的輸入光以及從泵浦光源11輸出並且經由光學信號分離器12分叉的泵浦光的一部分通過光學復用器21進行混合併被輸入到光纖31A的一端。從光纖31A的另一端輸出的光以及從泵浦光源11輸出並經由光學信號分離器12分叉的泵浦光的另一部分通過光學復用器22進行混合併被輸入到光纖31B的一端。在沿著光纖31A和31B引導輸入光和泵浦光時，會發生非線性光學現象，從而在光纖31A和31B中產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。在光纖31A和31B中產生的轉換光從光纖31B的另一端輸出，並且該轉換光通過光學信號分離器41和波長選擇器51並被輸出。'此時，零色散波長調節裝置61A調節光纖31A的零色散波長並且零色散波長調節裝置61B調節光纖31B的零色散波長，從而可以調節波長轉換器3的波長轉換特性。探測器71探測光纖31A和31B的狀態。根據探測器71的探測結果，控制器72利用零色散波長調節裝置61A和61B來控制對光纖31A和31B的零色散波長的調節。因此，波長轉換器3具有簡單且成本低的結構。優選的是，信號分離器12的分支比或分支輸出的功率是可變的。在該情況下，可以獨立地調節光纖31A和31B的轉換效率。優選的是，信號分離器12也由控制器72來控制。(第四實施例)圖10是根據本發明第四實施例的波長轉換器4的概念圖。波長轉換器4的不同之處在於利用共用的零色散波長調節裝置61來調節兩個光纖31A和31B中每一個的零色散波長。波長轉換器4的操作如下。待轉換的輸入光以及從泵浦光源11輸出的泵浦光通過光學復用器21進行混合併被輸入到光纖31A的一端。在沿著光纖31A和31B引導輸入到光纖31A的一端中的輸入光和泵浦光時，會發生非線性光學現象，從而在光纖31A和31B中產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。在光纖31A和31B中產生的轉換光從光纖31B的另一端輸出，並且該轉換光通過光學信號分離器41和波長選擇器51並被輸出。此時，零色散波長調節裝置61調節光纖31A和31B的零色散波長，從而可以調節波長轉換器4的波長轉換特性。此外，探測器71探測光纖31A和31B的狀態。根據探測器71的探測結果，控制器72利用零色散波長調節裝置61來控制對光纖31A和31B的零色散波長的調節。因此，波長轉換器4具有簡單且成本低的結構。如果光纖3'1A和31B的色散斜率相同，那麼即使在溫度變化時光纖31A和31B的零色散波長之間的差值也是恆定的。本發明提供了一種具有簡單且成本低的結構的波長轉換器。該波長轉換器適用於光學通信系統。1權利要求1.一種波長轉換器，其產生波長不同於輸入光的波長的轉換光，所述波長轉換器包括泵浦光源，其輸出泵浦光；光學復用器，其將輸入光和所述泵浦光混合併輸出；第一光纖，其接收並引導由所述光學復用器混合併輸出的所述輸入光和所述泵浦光，並利用在所述第一光纖引導所述輸入光和所述泵浦光時產生的非線性光學現象來產生轉換光，所述第一光纖是卷繞的；以及零色散波長調節裝置，其調節所述第一光纖的零色散波長。2.根據權利要求1所述的波長轉換器，其中，所述第一光纖是高非線性光纖。3.根據權利要求1所述的波長轉換器，其中，所述零色散波長調節裝置調節所述第一光纖的溫度，由所述零色散波長調節裝置調節的所述第一光纖的溫度調節範圍等於或大於4(TC。4.根據權利要求1所述的波長轉換器，其中，所述零色散波長調節裝置調節所述第一光纖的應力，所述零色散波長調節裝置改變被巻繞的所述第一光纖的內徑。5.根據權利要求1所述的波長轉換器，還包括探測器，其探測所述第一光纖的狀態；以及控制器，其根據所述探測器的探測結果來控制所述零色散波長調節裝置對所述第一光纖的零色散波長的調節。6.根據權利要求1所述的波長轉換器，其中，所述零色散波長調節裝置將所述第一光纖的零色散波長調節成恆定的。7.根據權利要求1所述的波長轉換器，還包括-第二光纖，其接收並引導由所述光學復用器混合併輸出的所述輸入光和所述泵浦光，並利用在所述第二光纖引導所述輸入光和所述泵浦光時產生的非線性光學現象來產生轉換光，所述第二光纖是巻繞的；其中，所述零色散波長調節裝置通過同時或單獨地調節所述第一光纖和所述第二光纖的溫度、或應力或張力來調節所述第一光纖和所述第二光纖的零色散波長。8.根據權利要求7所述的波長轉換器，其中，所述第一光纖和所述第二光纖是相同類型的光纖。9.根據權利要求7所述的波長轉換器，其中，所述第一光纖和所述第二光纖是不同類型的光纖。全文摘要本發明提供一種波長轉換器，其具有簡單並且成本低的結構。該波長轉換器產生波長不同於輸入光的波長的轉換光。波長轉換器包括(1)泵浦光源，其輸出泵浦光；(2)光學復用器，其將輸入光和泵浦光混合併輸出；(3)第一光纖，其接收並引導由光學復用器混合併輸出的輸入光和泵浦光，並利用在第一光纖引導輸入光和泵浦光時產生的非線性光學現象來產生轉換光，第一光纖是卷繞的；以及(4)零色散波長調節裝置，其調節第一光纖的零色散波長。文檔編號G02F1/365GK101641639SQ20088000818公開日2010年2月3日申請日期2008年3月13日優先權日2007年3月14日發明者奧野俊明申請人:住友電氣工業株式會社