一種雙向多通道光控光信息處理裝置的製作方法

2024-02-18 06:41:15

專利名稱：一種雙向多通道光控光信息處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖通信領域，具體講是一種雙向多通道光控光信息處理裝置。 適用於具有超大信息處理帶寬、超快響應速度以及靈活資源配置特性的智能全光網絡，提供磁場可控的參量放大、波長轉換、全光開關以及信號再生功能。
背景技術：
智能全光網絡具有超大信息處理帶寬、超快響應速度，以及根據需求可靈活配置網絡資源的能力。這有助於克服目前光網絡中的一些瓶頸，例如有限的放大器帶寬、 「光-電-光」信息處理過程中的電子瓶頸等。在波分復用系統中摻鉺光纖放大器(EDFA) 得到了廣泛的應用，該放大器具有帶寬大噪聲低等特點。但隨著通信用波長範圍的進一步擴大，以及高速通信系統對光信噪比要求的提高，EDFA的40nm左右的增益帶寬和4 6dB 的噪聲係數已經不能夠滿足智能全光網絡的需求，因此需要新的光再生方案提高放大器工作帶寬以及降低噪聲。由於光信號在傳輸過程中受到光纖色散、非線性以及放大器的放大自發輻射(ASE)噪聲的汙染，導致信號發生畸變而使質量下降，因此需要進行信號再生。目前商用光信息處理器件採用先將光信號接收轉變為電信號，在電域進行信號再生後，再次調製到光域進行傳輸，這就是傳統的「光-電-光」再生方案。該方案利用了成熟的電信號處理技術，因此在2. 5(ib/S以下光通信網絡中得到廣泛的應用。但隨著信號速率的不斷提升，「光-電-光」方案一方面無法突破電信號處理的速率瓶頸，另一方面在高速情況下該方案的成本也急劇提升，因此需要一種低成本的支持高速光通信網絡的再生方案。新一代光放大方案有基於拉曼效應的光纖拉曼放大器和利用四波混頻效應實現的參量放大器。這兩類放大器在增益帶寬、噪聲性能等方面都優於目前商用EDFA。基於非線性效應的全光信息處理器件在高速全光網絡中具有潛在應用價值，然而目前大多數的全光信息處理裝置還是針對單一波長、單一功能設計的，在多波長網絡中缺乏適用性。因此需要提出一種集成有多種功能且靈活可控的高速光信息處理裝置。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種能夠克服傳統放大器有限的增益帶寬和 「光-電-光」信息處理器件面臨的電子瓶頸問題，且具有光放大、波長轉換、光開關、信號再生多功能的雙向多通道光控光信息處理裝置。本實用新型為實現上述目的採用以下技術方案一種雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在包括輸入/輸出模塊包括第一偏振控制器、第二偏振控制器、光耦合器、光環行器和可調濾波器；光泵浦模塊包括雷射器和高功率光放大器；磁可調非線性模塊包括具有磁光效應的非線性介質、磁場加載裝置和可調電源；[0010]所述輸入/輸出模塊的個數為2個，兩個輸入/輸出模塊的第二偏振控制器與光泵浦模塊的高功率光放大器通過光纖連接，輸入/輸出模塊的光環行器與磁可調非線性模塊通過光纖連接；所述非線性介質採用磁光高非線性光纖，一個輸入/輸出模塊的輸入端和另一個輸入/輸出模塊的輸出端構成一條單向的光纖鏈路；所述非線性介質採用磁光光纖光柵，同一個輸入/輸出模塊的輸入端和輸出端構成一條單向的光纖鏈路。所述第一偏振控制器、第二偏振控制器與光耦合器通過光纖連接，光耦合器、光環行器和可調濾波器依次通過光纖連接。所述雷射器、高功率光放大器通過光纖連接。所述非線性介質與輸入/輸出模塊光纖連接，可調電源與磁場加載裝置電連接。所述可調電源提供直流電時，磁場加載裝置能動態調節非線性效應工作點；所述可調電源提供交流電時，磁場加載裝置能對非線性介質內的導波光進行擾偏處理。本實用新型具有以下有益效果一、本實用新型能夠克服傳統放大器有限的增益帶寬和「光-電-光」信息處理器件面臨的電子瓶頸問題，且具有光放大、波長轉換、光開關、信號再生多功能。二、本實用新型可以通過外加磁場進行靈活控制，實現對網絡資源的動態配置。

圖1雙向多通道光控光信息處理裝置示意圖；圖2參量放大光譜示意圖；圖3四波混頻光譜示意圖；圖4磁場對四波混頻轉換效率的影響；圖中1為輸入/輸出模塊、2為光泵浦模塊、3為磁可調非線性模塊。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步描述本實用新型的技術解決方案是，提出一種雙向多通道光控光信息處理裝置，包括輸入/輸出模塊、光泵浦模塊和磁可調非線性模塊。所述的輸入/輸出模塊與光泵浦模塊、 磁可調非線性模塊通過光纖連接。當磁可調非線性單元內使用磁光高非線性光纖時，一個輸入/輸出模塊的輸入端和另一個輸入/輸出模塊的輸出端構成一條單向的光纖鏈路；而當磁可調非線性單元內使用磁光光纖光柵時，由於光柵的反射特性，使得同一個輸入/輸出模塊的輸入端和輸出端構成一條單向的光纖鏈路，因此通過使用一對輸入/輸出模塊實現雙向信號處理能力。所述的輸入/輸出模塊包括偏振控制器、光耦合器、光環行器和可調濾波器。偏振控制器、光耦合器、光環行器和可調濾波器依次通過光纖連接。該模塊可以對輸入信號和本地產生的泵浦信號進行偏振態控制以達到最佳的非線性效果。光環行器一方面可以防止信號反向傳輸影響器件穩定，另一方面用於分離雙向傳輸信號以提取所需信息。通過調整濾波器中心波長、帶寬特性得到所需的輸出信號。所述的光泵浦模塊包括雷射器和高功率光放大器。雷射器、高功率光放大器通過光纖連接。該模塊為磁控參量過程提供波長和功率可以調整的光泵浦信號。所述的磁可調非線性模塊由磁可調非線性單元和可調電源構成。其中磁可調非線性單元由具有磁光效應的非線性介質和磁場加載裝置組成。非線性介質與輸入/輸出模塊光纖連接，可調電源與磁場加載裝置電連接。具有磁光效應的非線性介質可以採用磁光高非線性光纖或磁光光纖光柵，通過泵浦光與信號光的非線性作用，實現磁可調的交叉相位調製或參量過程。當可調電源提供直流電時，可以得到磁場強度可調的直流磁場以達到動態調節非線性效應工作點的目的；當可調電源提供交流電時，將產生交流磁場，可以對非線性介質內的導波光進行擾偏處理，降低本裝置的偏振依賴性。本實用新型利用了具有磁光效應的非線性介質實現磁場可控的交叉相位調製或參量過程，並與後置的可調濾波器配合得到可實現多種功能的全光信息處理器件。當可調濾波器的中心波長與輸入信號的波長一致時，由於在非線性介質中泵浦光對輸入信號進行了參量放大，本裝置將實現大增益帶寬、低噪聲係數的參量放大功能；當可調濾波器的中心波長不與輸入信號波長一致且根據交叉相位調製或四波混頻效應恰當設置時，可使本裝置實現光開關、信號再生以及波長轉換功能。同時，由於在磁控非線性單元中使用的是具有磁光效應的非線性介質，因此通過調節外加磁場能夠控制非線性效果，進而達到遠程控制本裝置工作狀態的目的，實現網絡資源的動態配置。本實用新型如圖1所示，包括輸入/輸出模塊、光泵浦模塊和磁可調非線性模塊。 其特徵在於，採用了一對輸入和輸出模塊可以組成雙向多通道的信息處理裝置。而雙向傳輸信號還復用了具有磁光效應的非線性介質，為多通道信號提供磁場可調的非線性過程， 實現靈活可控的全光信息處理功能。同時，根據具有磁光效應的非線性介質類型不同，本裝置還具有不同的工作方式。根據採用的磁光非線性介質不同，本實用新型工作方式有兩種基於磁光高非線性光纖的信息處理裝置和基於磁光光纖光柵的信息處理裝置。實施例1 在基於磁光高非線性光纖的信息處理裝置中，具有磁光效應的非線性介質採用的是磁光高非線性光纖。根據目前研究來看，可以使用普通矽基高非線性光纖作為磁光高非線性光纖，但由於矽基光纖Verdet常數有限，因此需要較長作用距離，與之相匹配的磁場加載裝置則是螺繞環。如果使用硫化物光纖作為磁光高非線性光纖，則由於其具有極高的非線性係數和較大的Verdet常數，因此可以大大減少作用距離，能夠使用螺線管等裝置提供磁場。由於採用磁光高非線性光纖，則信號在本裝置內的作用過程以及輸入和輸出埠說明如下兩路信號分別從兩個輸入/輸出模塊的輸入端進入，並與光泵浦單元產生的高功率泵浦信號通過光耦合器耦合在一起，他們的偏振態通過各自的偏振控制器進行調節以達到最大的非線性效應。兩組泵浦光和信號光從各自的光環行器1埠進入，並通過2埠反向輸入到磁控非線性單元內。兩組反向傳輸信號再通過對方的環行器3埠進入到可調光濾波器，通過調節可調光濾波器的中心波長、帶寬得到與功能相匹配的輸出信號。例如，當本裝置用於提供參量放大功能時，濾波器中心波長要與輸入信號波長一致，參量增益光譜示意圖如圖2所示；而當本裝置用於提供波長轉換、光開關、信號再生功能時，濾波器中心波長要根據交叉相位調製或四波混頻特性設置，以四波混頻為例的光譜示意圖如圖3 所示。通過磁場加載裝置可以向磁光高非線性光纖提供直流或者交流磁場。直流磁場能夠調節交叉相位調製或四波混頻效果，磁場對四波混頻轉換效率影響如圖4所示。因此能夠通過調節直流磁場大小實現靈活控制本裝置工作狀態、動態配置網絡資源的目的。而交流磁場能夠對磁光高非線性光纖內導波光的偏振態起到擾偏作用，這樣能夠極大降低本裝置的偏振相關性，提升器件工作性能。實施例2 在基於磁光光纖光柵的信息處理裝置中，具有磁光效應的非線性介質採用的是磁光光纖光柵。磁光光纖光柵可以採用在硫化物光纖或者釔鐵石榴石光纖上刻制光柵得到， 而磁場加載裝置則可以使用電磁鐵。由於光纖光柵的反射特性使得信號在本裝置內的作用過程和輸入、輸出埠與磁光高非線性光纖情況不同兩路信號分別從兩個輸入/輸出模塊的輸入端進入，並與光泵浦單元產生的高功率泵浦信號通過光耦合器耦合在一起，他們的偏振態通過各自的偏振控制器進行調節以達到最大的非線性效應。兩組泵浦光和信號光從各自的光環行器1埠進入，並通過2埠反向輸入到磁控非線性單元內。由於光纖光柵的反射特性使得所需信號再次反射到各自的光環行器內，並由3埠進入到可調光濾波器，通過設置可調光濾波器中心波長、帶寬得到最終所需的輸出信號。在基於磁光光纖光柵的信息處理裝置中，由於利用了光柵的反射特性，因此信息處理帶寬受限於光柵的反射帶寬。在非線性作用過程中，同樣可以通過調節直流磁場大小控制非線性工作點，實現遠程控制器件狀態的目的；或者使用交流磁場降低本裝置的偏振相關程度，提升器件性能。
權利要求1.一種雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在於包括輸入/輸出模塊包括第一偏振控制器、第二偏振控制器、光耦合器、光環行器和可調濾波器；光泵浦模塊包括雷射器和高功率光放大器；磁可調非線性模塊包括具有磁光效應的非線性介質、磁場加載裝置和可調電源；所述輸入/輸出模塊的個數為2個，兩個輸入/輸出模塊的第二偏振控制器與光泵浦模塊的高功率光放大器通過光纖連接，輸入/輸出模塊的光環行器與磁可調非線性模塊通過光纖連接；所述非線性介質採用磁光高非線性光纖，一個輸入/輸出模塊的輸入端和另一個輸入 /輸出模塊的輸出端構成一條單向的光纖鏈路；所述非線性介質採用磁光光纖光柵，同一個輸入/輸出模塊的輸入端和輸出端構成一條單向的光纖鏈路。
2.根據權利要求1所述的雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在於所述第一偏振控制器、第二偏振控制器與光耦合器通過光纖連接，光耦合器、光環行器和可調濾波器依次通過光纖連接。
3.根據權利要求1所述的雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在於所述雷射器、 高功率光放大器通過光纖連接。
4.根據權利要求1所述的雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在於所述非線性介質與輸入/輸出模塊光纖連接，可調電源與磁場加載裝置電連接。
5.根據權利要求1所述的雙向多通道光控光信息處理裝置，其特徵在於所述可調電源提供直流電時，磁場加載裝置動態調節非線性效應工作點；所述可調電源提供交流電時， 磁場加載裝置對非線性介質內的導波光進行擾偏處理。
專利摘要本實用新型提供了一種雙向多通道光控光信息處理裝置，其組成包括輸入/輸出模塊、光泵浦模塊、磁可調非線性模塊，所述輸入/輸出模塊的第二偏振控制器與光泵浦模塊的高功率光放大器通過光纖連接，輸入/輸出模塊的光環行器與磁可調非線性模塊通過光纖連接。本實用新型可以提供光放大、波長轉換、光開關、信號再生多種功能，其克服傳統放大器有限的增益帶寬和「光-電-光」信息處理器件面臨的電子瓶頸問題。同時，本實用新型還可以通過外加磁場進行靈活控制，實現對網絡資源的動態配置。
文檔編號H04B10/17GK202334535SQ20112044850
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者文峰, 李樹標, 武保劍, 邱昆 申請人:電子科技大學