全光波长变换器

全光波长变化器提纲2.全光波长变换器分类3.全光波长变换器举例1.课题背景4.总结课题背景ü自20世纪60年代光纤通信技术和光纤产业得到了迅猛的发展，现在我国的主要信息通信网几乎全部实现了光通信，今后光纤也将进入每个家庭。ü目前DWDM技术被广泛应用到当前的通信领域。目前我国传输网的最大容量为160×10Gbit/s，即1.6Tbit/SDWDM。我们国家通信网络的下一步发展目标是向全光网络发展，要实现全光网的目标，必须在光逻辑和光存储方面有重大的突破以实现真正的光交换，这样才有可能成为真正的全光网。ü光波长变换器赋予光网络的灵活性和扩容性，是未来全光网络的核心部件。什么是波长转换？ü定义：光波长转换器是把光信号从一个波长转换为另一个波长的器件。ü控制单元：变换到任意指定的波长。波长转换技术的意义ü波长转换器在光交叉互连(OXC)、光网络管理等领域中得到了广泛的应用。ü实现波长的分配及管理、光信息的交换及路由，解决网络中波长竞争，增加网络管理的灵活性。发展ü2005年，以色列的KaiLight光学公司（前身为ChiLight科技公司）宣布，将在国际光纤通信暨展览会（OFCCE）上展示新近开发的全光波长转换器（AOWC）。这将是业界第一次出现10G速率的全光波长转换技术。ü荷兰爱因霍芬科技大学的研究人员YongLiu和他的同事利用一个SOA、一个光纤光栅和两个级联光学带通滤波器实现了速率达320Gbit/s的波长转换。ü2007年的CLEO会议上，德国柏林HeinrichHertz研究院的研究人员BerndHuettl和他的同事报道了速率达320Gbit/s的波长转换üHuettl和Galili在2007年的OFC会议上还报道了他们的联合试验结果：在1100m长的高非线性光纤中利用四波混频实现了320Gbit/s差分四相移键控信号的波长转换。üM.Galili等在2008年的OFC会议上首次报道了640GbpsOOK信号的波长转换实现。光电光转换ü光-电-光型技术上比较成熟，工作稳定，已经在光纤通信系统中用于波长转换器，有成熟的商业产品。缺点是装置结构复杂，成本随速率和元件数增加，功耗高，这使它在多波长通道系统中的应用受到限制。全光转换ü全光型波长转换器是指不经过电域处理，直接把信息从一个光波长转换到另一个光波长的器件。在光域中直接实现波长转换可以克服光-电-光波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。波长转换器分类全光波长变换器分类全光波长变换器基于光调制原理基于光混频原理ü交叉增益调制ü交叉相位调制ü差频ü四波混频非线性光学效应ü利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，从而调制在同一介质中传播的探测光(通常是连续光)的放大倍数，使其强度产生调制，实现信息从信号光到探测光的转换。它实际上可以看作是特殊的光控光开关。全光波长转换器有很多种实现方法。从所采用的基本原理来看，一般是利用了光学媒质的各种光学非线性效应。ü当信号光和探测光共同传播时，信号光强度信号能够调制非线性介质的有效折射率，从而改变探测光的传播相位。如果利用干涉仪将探测光分成两路，并利用信号光改变两路光之间的相差，在输出端发生相长或相消干涉，就可使得信号光的信息同相或反相地转换到了探测光上。常用的干涉仪有马赫一曾德千涉仪、迈克尔逊干涉仪等。ü四波混频是一种重要的三阶非线性效应。在量子力学中的定义是：一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此参量过程中，净能量和动量是守恒的。ü光纤中的四波混频现象是有利还是有害，将取决于其具体应用在什么方面。在WDM系统中，FWM能够引起信道间的窜话，限制了系统的通信质量，因此将尽量降低FWM现象。然而正是由于FWM能够颇为有效地产生新的光波，人们已对它进行了广泛地研究，FWM现象又可被利用实现完全透明的全光波长变换。交叉增益调制（XGM）型ü利用SOA的增益饱和特点ü利用增益介质中的载流子浓度来复调制ü输入与输出完全相反。交叉增益调制（XGM）型ü优点：1.结构简单、容易实现2.转换效率高3.波长转换范围宽4.对偏振不敏感ü缺点：1.输入输出信号反相2.输出消光比退化（上转换时“能带倒空”，退化严重（增加SOA有效长度来改进，级联）3.比特率透明有限4.噪声指数高5.啁啾大交叉增益调制（XGM）型ü1998年，英国的A.D.Ellis等人利用光纤光栅与2mm长的SOA相结合首次实现了100Gbit/s的XGM型波长转换。ü2000年，中国华中科技大学的张新亮等人进行了基于单端耦合SOA的XGM型波长转换器的研究，实现了2.5Gbit/s的、高消光比的波长转换。ü2001年，葡萄牙的P.S.Andre等人在端面反射率分别为99.9％和5％的SOA中实现了2.48832Gbit/s的、转换范围超过30nm的XGM型波长转换。ü2004年，日本的T.Yazaki等人通过向SOA中注入反向辅助光的方法，在10Gbit/s的传输速率下，降低了XGM型波长转换器的频率啁啾，提高了输出质量。交叉相位调制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意图交叉相位调制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意图交叉相位调制（XPM）型ü优点：1.输入信号功率小2.频率啁啾小或负啁啾3.消光比大大提高4.便于集成，工作稳定，适用方便ü缺点：1.输入功率的动态范围比较窄，所以必须对输入信号的功率进行严格控制，只有采用单片集成技术才能得到较好的效果交叉相位调制（XPM）型ü2003年，美国的W.Wang等人利用拉曼放大增强增益的方法，在高非线性光纤中实现了80Gbit/s的XPM型波长转换，提高了消光比和波长转换范围，降低了信噪比。ü2004年，日本的RiekoSato等人把SOA与平面光波电路（PLC）混合集成在一起，实现了10Gbit/s的、低输入功率的XPM型波长转换。ü美国的LavanyaRau等人首次在色散位移光纤中实现了160Gbit/s的XPM型波长转换，提高了信号的相位相干性，误码率和功率代价分别小于10e-9和3dB。ü韩国的Ho-JinSong等人利用SOA－MZI实现了上转换到毫米波段的高转换效率、偏振无关的全光XPM型波长转换。基于四波混频效应üFWM的四个频率002'2sppssp信号频率泵浦频率基于四波混频效应ü优点：1.调制格式透明，任何信息（幅度，相位和频率）都能保留下来2.能同时转换多个波长3.作用距离短，对相位匹配不敏感4.转换后信号光谱反转，因此可以用于色散补偿ü缺点：1.转换效率低，转换后信噪比恶化2.上转换效率比下转换低3.转换范围小4.偏振相关基于四波混频效应ü针对FWM-WC的缺点，人们不断在改进。1.增加SOA有源区长度，提高转换效率，增加信噪比。2.注入短波长补助光，提高转换效率。3.采用垂直偏正双泵浦消除偏正相关的影响，提高转换的范围。4.优化非线性介质，提高转换效率。5.研究单个波长转换器件的同时，也研究级联器件。基于差频过程（DFG）ü差频产生（二阶非线性效应）0ps基于差频过程（DFG）ü优点：1.幅度，频率和相位具有严格的透明性2.不会附加噪声3.输出信号啁啾反转4.可实现多波长转换5.输出频谱反转，可以进行信号的色散补偿ü缺点：1.波导制作难度大，成本高2.低波长光的耦合3.转换效率比较低DFG-WC与FWM-WC比较FWM-WCDFG-WC本质SOA中的三阶非线性PPLN的二阶非线性转换效率变化大（20dB）低（一般在-17dB）转换范围小大，且平坦卫星频率有无偏振敏感单泵浦时强烈不敏感多通道同时转换透明度好好其他类型üYasaka等利用超结构光栅DBR（分布Brag反射腔）激光器，带有可饱和吸收段的DBR，实现了10Gb/s的90nm范围内可调谐的波长转换。该方法有附加噪声，成本较高。üN.Aawa等在OFC97上还报道过一种新颖的电吸收调制(EAM)型光波长转换器，它利用信号光改变电吸收调制器中的光生载流子饱和来控制探测光的通断，从而实现强度调制的波长转换，转换速率达到40Gb/s。基于LLPN实现波长变换总结ü介绍了全光波长转换器在光网络中的作用ü介绍了几种常见的波长转换器及其优缺点（光-电-光，XGM-WC，XPM-WC，FWM-WC，DFG-WC）ü介绍了一种SFG-DFG型的可调谐光纤转换器前景展望ü对于下一代高容量光网络，基于波混频的全光波长转换在下一代光网络中具有较大的优势，因为它能够实现完全透明的波长转换，这对于高级光交换至关重要。在这些波长转换技术中，最终谁将胜出，在一定程度上也取决于网络的体系结构。ü波长转换器件的应用不只局限于光网络。从更广的视角看，波长转换器相当于一个信号处理器，能够输入、输出和加载控制信号，就如同真空管时代的晶体管和三极管，因此波长转换器将具有更广阔的应用空间ü今后的发展趋势是可集成，可调谐，高性能和实用化。