一种输入无色的宽光谱全光波长转换的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于全光信号处理领域，涉及一种全光波长转换的方法与装置，特别涉及一种基于平坦低色散波导的输入无色、宽光谱全光波长转换的方法及装置。宽光谱通常是指3dB转换带宽。
【背景技术】
[0002]随着当前人类移动互联网的高速发展和移动终端的大量普及，对网络提出高速率、大容量的通信要求，3超(超高速、超大容量、超远距离)全光通信网络越来越受到重视。然而全光信号处理在高速大容量光通信中有着很大的关键作用，如光信号的放大、再生、光脉冲整形、光开关、波长转换等等。特别是波长转换技术，可以提高波长的重用率，减少全网所需的波长数目，避免波长碰撞而且引起的阻塞。另一方面，随着SOI技术的发展，波长转换器趋于集成化和全光化，因此基于波导器件的全光波长转换器得到了广泛的研究。
[0003]现有的集成型全光波长转换器，主要是基于波导材料中的交叉相位调制、交叉增益调制、四波混频等非线性效应来实现。目前在利用四波混频效应来实现波长转换功能中，可以分为两大类技术:基于相位匹配技术[Q.Liu, S.Gao，L.Cao，and S.He，“Design of low-dispers1n-discrepancy silicon waveguide forbroadband polarizat1n-1ndependent wavelength convers1n.J.0pt.Soc.Am.B,29,215-219(2012);中国专利申请号201110167147.6]和准相位匹配技术[X.Zhang,J.Yuan, J.Zou, B.Jin, X.Sang, Q.ffu, C.Yu, and G.Farrell，“Enhanced broadbandparametric wavelength convers1n in silicon waveguide with the mult1-per1dgrating，”Photon.J.6,6601410(2014);中国发明专利申请号:201410763322.1]。
[0004]现有的波长转换器主要技术缺点是对栗浦波长非常敏感:要实现宽光谱高效率的波长转换，其栗浦波长必须是固定不变(接近零色散点)的，不能左右漂移改变。当信号光发生变化时，转换的闲频光(目标光)也跟着改变，为了保证转换的目标光固定不变，必须改变栗浦波长，然而其转换特性必然大大降低，导致应用范围小、成本高。鉴于此，如何设计出具有输入无色性且宽光谱的全光波长转换转换器，使得不同信号光可以根据需要转换到固定的目标光上，并且保持高的转换特性，可以大大增加波长转换器的应用范围及通用性，降低成本。
【发明内容】
[0005]为了克服已有全光波长转换器的目标光随信号光变化、转换带宽等不足，本发明提供了一种基于平坦且低色散波导的输入无色、宽光谱全光波长转换的方法及装置。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种宽光谱全光波长转换的方法，其特征在于，该方法对信号源发出的信号光波长λ s进行实时检测，该信号光波长λ s发生变化时，根据需要转换的闲频光波长λ i。，计算此时栗浦源发出的栗光的波长λρ，(λρ=2/(1/ λ s+l/ λι0)),并由栗浦源相应调整其波长为2/(1/ λ s+l/ λ ι0)，然后将信号光和栗浦光依次通过耦合器、放大器、偏振控制器和转换波导，所述转换波导具有平坦且低色散，在栗浦光波长随信号光λs发生变化时，同样能够满足相位匹配条件，发生四波混频效应，实现输入无色、宽光谱的全光波长转换，并保持高的转换特性，使得信号光发生变化时，而转换的闲频光(目标光)波长保持不变。
[0007]—种宽光谱全光波长转换的装置，它包括栗浦源、信号源、耦合器、放大器、偏振控制器和转换波导，所述栗浦源和信号源的输出端分别与所述耦合器的输入端信号连接，所述耦合器的输出端依次通过放大器、偏振控制器和转换波导；其特征在于，所述信号源和栗浦源之间依次连接有波长计和运算器，共同构成反馈环，所述转换波导为具有平坦且低色散的波导；
[0008]工作时，所述波长计实时探测所述信号源的信号光波长As，当信号光波长生变化时波长计将信号光波长λ s输入到所述运算器中，该运算器根据需要转换的闲频光波长λ i。，及四波混频原理，得到此时栗浦源的波长应该为2/ (1/ λ s+l/ λ ι0)，由栗浦源相应调整栗浦光波长为2/ (1/ λ s+l/ λ ι0);信号光和栗浦光依次通过耦合器、放大器、偏振控制器进入所述转换波导，该栗浦光波长随信号光λ s发生变化时，同样能够满足相位匹配条件，发生四波混频效应，实现输入无色、宽光谱的全光波长转换，使得信号光发生变化时，而转换的闲频光波长保持不变。
[0009]上述方案中，设计的栗浦源与信号源之间的反馈环，波长计实时探测信号光波长λ s，当信号光波长λ s发生变化时波长计将信号光波长(λ s)并输入到运算器中，该运算器根据需要转换的闲频光(目标光)波长(λ10)，及四波混频原理，可以得出此时栗浦源的波长应该是多少(λρ=2/(1/λ S+1/X1Q))，由栗浦源相应调整其波长为S/a/Ajl/Aj。
[0010]上述方案中，设计的转换波导具有平坦且低的色散特性，具体色散曲线是在较宽的波长范围内(通常在几十纳米至几千纳米范围内)，其二阶色散β2在反常色散区，变化为0?-20ps2/km (绝对值越小越好)，四阶色散04值变化为-3X10 2?10X10 2ps4/km (绝对值越小越好)。使得当栗浦光波长(λρ)发生较大漂移(随信号光入；3发生变化)时，同样可以满足相位匹配条件，发生四波混频效应，并且保持高的转换特性，实现输入无色、宽光谱的全光波长转换，使得所要转换的闲频光(目标光)波长(λ1(])保持不变。
[0011]上述方案中，设计的具有平坦且低色散的波导，可以采用各种波导结构进行色散优化获得，如狭缝slot波导、光子晶体波导、周期性波导等结构。
[0012]上述方案中，具有平坦且低色散曲线:在宽的光谱范围内，色散值(二阶色散β2，四阶色散值β4都比较小接近零值，都可以满足相位匹配条件:相位失配Ak =2γΡρ+β2Ω2+1/12*β4Ω4，式中 Ω =信号光角频率 ω s(cos= 2jtc/A s)与栗浦光角频率ωρ(ωρ= 23ic/A p)间的频移，β 2，β 4分别为栗浦源处的二阶和四阶色散值，Ρ ρ为栗浦源的功率，γ是转换波导的非线性系数。使得波长转换器的3dB转换带宽非常宽。
[0013]本发明与现有技术相比具有以下优势:
[0014]1.该全光波长转换器可以实现输入无色:当信号光变化时，通过反馈环得到相应所需的栗浦波长，保证转换的目标光恒定不变。使得不同的信号光可以根据需要转换到固定的目标光上，并且保持高的转换特性。避免信号光漂移时，目标光也跟着变化。可以大大增加波长转换器的应用范围及通用性，降低成本。
[0015]2.该全光波长转换器对栗浦无敏感性，当栗浦波长发生较大变化(偏移几百纳米)时，都可以满足相位匹配条件，实现波长转换。实现了全光波长转换器的通用性，只要栗浦波长处在转换波导的平坦低色散区间，都可以发生四波混频，实现波长转换。
[0016]3.该全光波长转换器利用到了平坦低色散的波导作为转换波导，使得3dB转换带宽非常宽，具有超宽特性。
【附图说明】
[0017]图1为典型的基于波导实现全光波长转换的结构示意图；
[0018]图2为本发明装置的基于平坦低色散波导实现输入无色宽光谱全光波长转换的结构示意图；
[0019]图3为本发明实施例中平坦低色散波导结构的截面示意图；
[0020]图4为本发明实施例中转换波导平坦且低的色散曲线图；
[0021]图5为本发明实施例中基于平坦低色散波导输入无色宽光谱全光波长转换特性一图；
[0022]图6为本发明实施例中基于平坦低色散波导输入无色宽光谱全光波长转换特性二图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]参照图2所示，本发明所述的基于平坦低色散波导实现输入无色宽光谱全光波长转换的方法与装置，核心思想是:在基于波导全光波长转换器，一方面利用栗浦源1与信号源2构建反馈环10，当信号源2发出的光发生变化时，栗浦源1可以根据所需要转换的闲频光(目标光)随信号源2的改变而变化，以保证转换的闲频光固定不变；另一方面利用了具有平坦且低色散的波导7作为转换波导，使得栗浦源1发出的光信号发生变化时，还是可以满足相位匹配条件(主要取决于栗浦处的色散值)，实现高效宽光谱的波长转换。
[0025]图1为典型的基于波导基于波导实现全光波长转换的结构，转换波导6通过设计使得在栗浦处的色散值接近零或者比较小。栗浦源1和信号源2发出的光通过耦合器3，一起经过放大器4放大，适调节他们的偏振态(通过偏振控制器5调控)，再通过转换波导6，当满足相位匹配时，在其中发生四波混频效应，产生闲频光(ωι=2ω p_cos)，实现了波长的转换。
[0026]而在图1中典型的传统波长转换装置中，对于转换波导6，其色散值只在某一处或者较窄波长范围内接近零或比较小，当栗浦源1的光波长在这个零色散值附近时，满足相位匹配条件，可以实现波长转换；如果当信号源2发出的信号光发生