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波长转换器

阅读:633发布:2020-05-11

专利汇可以提供波长转换器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 波长 转换器,其具有简单并且成本低的结构。该波长转换器产生波长不同于输入光的波长的转换光。波长转换器包括:(1) 泵 浦 光源 ,其输出泵浦光;(2)光学复用器,其将输入光和泵浦光混合并输出;(3)第一光纤,其接收并引导由光学复用器混合并输出的输入光和泵浦光,并利用在第一光纤引导输入光和泵浦光时产生的非线性光学现象来产生转换光,第一光纤是卷绕的;以及(4)零色散波长调节装置,其调节第一光纤的零色散波长。,下面是波长转换器专利的具体信息内容。

1.一种波长转换器,其产生波长不同于输入光的波长的转换光, 所述波长转换器包括:
光源,其输出泵浦光;
光学复用器,其将输入光和所述泵浦光混合并输出;
第一光纤,其接收并引导由所述光学复用器混合并输出的所述 输入光和所述泵浦光,并利用在所述第一光纤引导所述输入光和所述 泵浦光时产生的非线性光学现象来产生转换光,所述第一光纤是卷绕 的;以及零色散波长调节装置,其调节所述第一光纤的零色散波长。
2.根据权利要求1所述的波长转换器,其中,
所述第一光纤是高非线性光纤。
3.根据权利要求1所述的波长转换器,其中,
所述零色散波长调节装置调节所述第一光纤的温度
由所述零色散波长调节装置调节的所述第一光纤的温度调节范 围等于或大于40℃。
4.根据权利要求1所述的波长转换器,其中,
所述零色散波长调节装置调节所述第一光纤的应
所述零色散波长调节装置改变被卷绕的所述第一光纤的内径。
5.根据权利要求1所述的波长转换器,还包括:
探测器,其探测所述第一光纤的状态;以及
控制器,其根据所述探测器的探测结果来控制所述零色散波长 调节装置对所述第一光纤的零色散波长的调节。
6.根据权利要求1所述的波长转换器,其中,
所述零色散波长调节装置将所述第一光纤的零色散波长调节成 恒定的。
7.根据权利要求1所述的波长转换器,还包括:
第二光纤,其接收并引导由所述光学复用器混合并输出的所述 输入光和所述泵浦光,并利用在所述第二光纤引导所述输入光和所述 泵浦光时产生的非线性光学现象来产生转换光,所述第二光纤是卷绕 的;其中,所述零色散波长调节装置通过同时或单独地调节所述第一光纤 和所述第二光纤的温度、或应力张力来调节所述第一光纤和所述第 二光纤的零色散波长。
8.根据权利要求7所述的波长转换器,其中,
所述第一光纤和所述第二光纤是相同类型的光纤。
9.根据权利要求7所述的波长转换器,其中,
所述第一光纤和所述第二光纤是不同类型的光纤。

说明书全文

技术领域

发明涉及产生波长不同于输入光波长的转换光的波长转换 器。

背景技术

通过使用光纤中产生的非线性光学现象,例如四波混频,一些 波长转换器产生波长不同于输入光的波长的转换光。非专利文献1(M. Onishi,et al.:Proc.23rd ECOC,1997,vol.2,p.115)披露了可以通过根 据光纤的零色散波长调节输入到光纤中的浦光的波长来获得所需 波长转换特性。非专利文献2(K.Inoue,et al.:IEEE Photonics Technology Lett.,vol.6(1994)1451)披露了可以用于这种目的的波长 可调谐光源。使用该波长可调谐光源的波长转换器具有复杂的结构并 且是昂贵的。
另一方面,已经作出努来通过调节光纤的零色散波长获得所 需波长转换特性。例如,非专利文献3(M.Takahashi et al.:Proc.32nd ECOC 2006Th.1.5.1)披露了通过拉伸光纤来使高非线性光纤的零色 散波长偏移的方法。然而,非专利文献3未披露用于在光纤上施加张 力的具体方法。具体地说,在非专利文献3中未检验用于重复地改变 张力的方法。
非专利文献1:M.Onishi,et al.:Proc.23rd ECOC,1997,vol.2, p.115
非专利文献2:K.Inoue,et al.:IEEE Photonics Technology Lett., vol.6(1994)1451
非专利文献3:M.Takahashi et al.:Proc.32nd ECOC 2006Th. 1.5.1
非专利文献4:T.Okuno,et al.:IEEE J.Select.Topics in Quantum Electron.Vol.5(1999)1385
非专利文献5:T.Okuno,et al.:Electron.Lett.Vol.39(2003)972

发明内容

本发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种具有简单且成本低的结构的波长转 换器。
解决问题的手段
为了实现上述目的,本发明提供这样一种波长转换器:其产生 波长不同于输入光的波长的转换光。所述波长转换器包括:(1)泵 浦光源,其输出泵浦光;(2)光学复用器,其将输入光和所述泵浦 光混合并输出;(3)第一光纤,其接收并引导由所述光学复用器混 合并输出的输入光和泵浦光,并利用在所述第一光纤引导所述输入光 和所述泵浦光时产生的非线性光学现象来产生转换光,所述第一光纤 是被卷绕的;以及(4)零色散波长调节装置,其调节所述第一光纤 的零色散波长。
在根据本发明的波长转换器中,优选的是,所述第一光纤是高 非线性光纤(非线性系数γ等于或大于10W-1km-1的光纤)。零色散 波长调节装置通过调节所述第一光纤的温度、或应力或张力来调节所 述第一光纤的零色散波长。当通过调节温度来调节零色散波长时,优 选的是温度调节范围等于或大于40℃。当通过调节应力来调节零色 散波长时,所述零色散波长调节装置改变被卷绕的第一光纤的内径。 优选的是,根据本发明的波长转换器还包括:(a)探测器,其探测 所述第一光纤的状态;(b)控制器,其根据所述探测器的探测结果 来控制所述零色散波长调节装置对所述第一光纤的零色散波长的调 节。
优选的是,所述零色散波长调节装置构造成可以独立地控制被 施加温度、张力或应力的部分。采用这种构造,零色散波长调节装置 可以将光纤的零色散波长调节成零色散波长在整个卷绕光纤上大致 恒定。在不采用独立控制的情况下,可以通过提供具有预设条件的控 制系统而利用简单的结构获得相同的结果,该预设条件使得零色散波 长相对于各个零色散波长在长度上恒定。此外,待卷绕的光纤可以制 备成外径、芯径和残余应力特性沿着长度改变。通过使用这种光纤, 即使利用具有例如一个控制点的简单零色散波长调节装置,也可以在 整个卷绕光纤上提供大致恒定的零色散波长。
此外,根据本发明的波长转换器可以包括特性不同并且各自被 卷绕的多根光纤、或者特性相同并且各自被卷绕的多根光纤。在该情 况下,零色散波长调节装置同时或单独地调节光纤的温度、或应力或 张力以调节光纤的零色散波长。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的波长转换器的概念图
图2是示出根据第一实施例的波长转换器所包括的光纤的色散 特性的曲线图。
图3是示出根据第一实施例的波长转换器的波长转换效率特性 的曲线图。
图4是示出根据第一实施例的波长转换器所包括的零色散波长 调节装置的示例性结构的概念图。
图5是示出根据第一实施例的波长转换器所包括的零色散波长 调节装置的另一个示例性结构的概念图。
图6是示出根据第一实施例的波长转换器所包括的零色散波长 调节装置的另一个示例性结构的概念图。
图7是示出根据第一实施例的波长转换器所包括的零色散波长 调节装置的另一个示例性结构的概念图。
图8是根据本发明第二实施例的波长转换器的概念图。
图9是根据本发明第三实施例的波长转换器的概念图。
图10是根据本发明第四实施例的波长转换器的概念图。

具体实施方式

在下文中,参照附图描述本发明的实施例。附图仅用于示例目 的,而不是为了限制本发明的范围。在附图中,相同的元件采用相同 的附图标记以避免重复描述。附图中尺寸的比例不需要是精确的。
(第一实施例)
图1是根据本发明第一实施例的波长转换器1的概念图。在波 长转换器1中,泵浦光源11输出泵浦光。光学复用器21接收待转换 的输入光以及从泵浦光源11输出的泵浦光,并且光学复用器21将输 入光和泵浦光混合并输出。光纤31在其一端接收已经被混合并从光 学复用器21输出的输入光和泵浦光,并且引导输入光和泵浦光。光 纤31利用在光纤31引导输入光和泵浦光时产生的非线性光学现象 (四波混频)产生转换光,并且从其另一端输出转换光。光纤31具 有在泵浦光波长附近的零色散波长。从光纤31的上述另一端输出的 光不仅包括转换光,而且包括泵浦光和波长与输入光的波长相同的 光。
优选的是,光纤31是高非线性光纤(非线性系数γ等于或大于 10W-1km-1的光纤)。在非专利文献4(T.Okuno,et al.:IEEE J.Select. Topics in Quantum Electron.Vol.5(1999)1385)和非专利文献5(T. Okuno,et al.:Electron.Lett.Vol.39(2003)972)中披露了高非线性光 纤的实例。在该情况下,波长转换器1具有高的波长转换效率从而可 以使光纤31的长度变短。因此,可以减少偏振模色散、受激布里渊 散射、以及色散特性随着长度的变化。优选的是,光纤31是卷绕的。 在该情况下,波长转换器可以制为较小并且容易处理。
光学信号分离器41将已经从光纤31输出的几乎所有光输出到 波长选择器51中并将光的一部分分离,并且将分离出的该部分光输 出到探测器71中。波长选择器51接收从光学信号分离器41输出并 到达波长选择器51的光,并且从所接收的光中选择性地输出转换光。 波长选择器51是例如光学滤波器、光学分离器等。
零色散波长调节装置61调节光纤31的零色散波长。零色散波 长调节装置61通过调节光纤31的温度、或应力或张力来调节光纤 31的零色散波长。在用零色散波长调节装置61调节光纤31的温度 时,优选的是温度调节范围等于或大于40℃。在该情况下,可以使 得光纤31的零色散波长的调节量足够大,从而可以使波长转换器1 的波长转换特性的调节量足够大。
探测器71接收被光学信号分离器41分离并达到探测器71的光, 并且根据接收光的结果来探测光纤31的状态。此时,探测器71根据 所接收光的功率、所接收光的光谱或所接收光中转换光的功率探测出 光纤31的状态。根据探测器71的探测结果,控制器72用零色散波 长调节装置61来控制对光纤31的零色散波长的调节。
波长转换器1的操作如下。待转换的输入光以及从泵浦光源11 输出的泵浦光通过光学复用器21进行混合并且被输入到光纤31的一 端。在沿着光纤31引导输入光和泵浦光时,会发生非线性光学现象, 从而在光纤31中产生波长不同于输入光的波长的转换光。在光纤31 中产生的转换光从光纤31的另一端输出,并且该转换光通过光学信 号分离器41和波长选择器51并被输出。
此时,零色散波长调节装置61对光纤31的零色散波长进行调 节,从而可以调节波长转换器1的波长转换特性。此外,探测器71 探测光纤31的状态。根据探测器71的探测结果,控制器72通过零 色散波长调节装置61来控制对光纤31的零色散波长的调节。采用这 种构造,不仅可以调节波长转换特性并且可以将波长转换特性稳定地 保持为所需特性。此外,波长转换器1具有简单并且成本低的结构。
具体地说,已知当输入功率较高时四波混频的相位匹配偏移到 长波长侧。这样,在一些情况下,需要根据输入功率控制零色散波长。 另外在这种情况下,通过例如根据输入功率的增加/减小在不改变波 长的情况下控制或维持转换带宽,使得本发明能够允许进行灵活的操 作。
假定泵浦光波长是1549.4nm并且光纤31是这样一种高非线性 光纤:在泵浦光波长处具有如表格所示的特性并且具有1km的长度。 在室温下,零色散波长λ0的微分系数(dλ0/dT)是0.02nm/℃。色散 斜率的波长相关性和光纤31的零色散波长沿着长度是一致的。
表格
 零色散波长的微分系数(dλ0/dT)   0.02nm/℃  色散   0.024ps/nm/km  色散斜率   0.03ps/nm2/km  衰减   0.5dB/km  非线性系数γ   20W-1km-1
因为光纤31具有0.02nm/℃的微分系数(dλ0/dT),所以在温度 改变40℃时零色散波长改变0.8nm。图2是示出光纤31的色散特性 的曲线图。实线示出在温度T0下的色散特性(情况1),而虚线示 出在温度(T0+40℃)下的色散特性(情况2)。在情况1下,零色 散波长是1549.8nm。在情况2下,零色散波长是1550.6nm。
图3是示出波长转换器1的波长转换效率特性的曲线图。横坐 标表示输入光与泵浦光的波长之间的差值Δλ。纵坐标表示用输入光 与泵浦光的波长相同时的波长转换效率进行归一化的波长转换效率 η。对于情况1,波长转换带宽(半峰全宽,full width at halfmaximum) 是49.2nm;对于情况2,波长转换带宽是23.6nm。
图4至图7是示出零色散波长调节装置61的示例性结构611至 614的概念图。在如图4至图7所示的结构中,围绕线圈管33的主 体卷绕光纤31。
如图4所示的零色散波长调节装置611包括电源62。电源62 通过在线圈管33上施加电压使电流通过线圈管33并加热光纤31来 调节光纤31的零色散波长。零色散波长调节装置611可以包括设置 在线圈管33或光纤31上的加热器或珀尔帖(Peltier)装置以加热光 纤31从而调节光纤31的零色散波长。
如图5所示的零色散波长调节装置612包括电源63。电源63 通过在线圈管33的主体32上施加电压使电流通过主体32并使主体 32热膨胀以及改变光纤31的应力来调节光纤31的零色散波长。
如图6所示的零色散波长调节装置613包括可胀缩构件64。可 胀缩构件64是被插入到线圈管33的主体中的圆柱形构件。可以通过 使用压电装置等使可胀缩构件沿着径向膨胀和收缩。可胀缩构件64 通过沿着径向膨胀和收缩来改变光纤31的应力从而调节光纤31的零 色散波长。线圈管的主体本身可以是压电装置。
如图7所示的零色散波长调节装置614包括张力施加单元65。 张力施加单元65在保持光纤31的端部的同时可移动,并通过对光纤 31施加张力来调节光纤31的零色散波长。可选的是,线圈管33可 以旋转从而向光纤31施加张力并且调节光纤31的零色散波长。
(第二实施例)
图8是根据本发明第二实施例的波长转换器2的概念图。各个 光纤31A和31B与第一实施例的光纤31类似。光纤31A和31B可 以是相同的类型或者是不同的类型。各个零色散波长调节装置61A 和61B与第一实施例的零色散波长调节装置61类似。零色散波长调 节装置61A调节光纤31A的零色散波长。零色散波长调节装置61B 调节光纤31B的零色散波长。
波长转换器2的操作如下。待转换的输入光以及从泵浦光源11 输出的泵浦光经由光学复用器21进行混合并且被输入到光纤31A的 一端。在沿着光纤31A和31B引导输入到光纤31A的一端中的输入 光和泵浦光时会产生非线性光学现象,从而在光纤31A和31B中产 生波长不同于输入光的波长的转换光。在光纤31A和31B中产生的 转换光从光纤31B的另一端输出,并且该转换光通过光学信号分离 器41和波长选择器51并被输出。
此时,零色散波长调节装置61A调节光纤31A的零色散波长并 且零色散波长调节装置61B调节光纤31B的零色散波长,从而可以 调节波长转换器2的波长转换特性。此外,探测器71探测光纤31A 和31B的状态。根据探测器71的探测结果,控制器72利用零色散 波长调节装置61A和61B来控制对光纤31A和31B的零色散波长的 调节。因此,除了具有简单和成本低的结构以外,第二实施例能够通 过包括串联的多个线圈来增加控制波长转换特性的总体灵活性。
(第三实施例)
图9是根据本发明第三实施例的波长转换器3的概念图。除了 波长转换器2的结构以外,波长转换器3还包括光学信号分离器12 和光学复用器22。光学信号分离器12使从泵浦光源11中输出的泵 浦光分叉,并且将分叉的泵浦光输出到光学复用器21和22中。将待 转换的输入光以及从光学信号分离器12输出并到达的泵浦光输入到 光学复用器21中。光学复用器21将输入光和泵浦光混合并输出到光 纤31A中。将已经从光纤31A中输出的光以及从光学信号分离器12 输出并到达的泵浦光输入到光学复用器22中。光学复用器22将这些 光混合并输出到光纤31B中。
波长转换器3的操作如下。待转换的输入光以及从泵浦光源11 输出并且经由光学信号分离器12分叉的泵浦光的一部分通过光学复 用器21进行混合并被输入到光纤31A的一端。从光纤31A的另一端 输出的光以及从泵浦光源11输出并经由光学信号分离器12分叉的泵 浦光的另一部分通过光学复用器22进行混合并被输入到光纤31B的 一端。在沿着光纤31A和31B引导输入光和泵浦光时,会发生非线 性光学现象,从而在光纤31A和31B中产生波长不同于输入光的波 长的转换光。在光纤31A和31B中产生的转换光从光纤31B的另一 端输出,并且该转换光通过光学信号分离器41和波长选择器51并被 输出。
此时,零色散波长调节装置61A调节光纤31A的零色散波长并 且零色散波长调节装置61B调节光纤31B的零色散波长,从而可以 调节波长转换器3的波长转换特性。探测器71探测光纤31A和31B 的状态。根据探测器71的探测结果,控制器72利用零色散波长调节 装置61A和61B来控制对光纤31A和31B的零色散波长的调节。因 此,波长转换器3具有简单且成本低的结构。
优选的是,信号分离器12的分支比或分支输出的功率是可变的。 在该情况下,可以独立地调节光纤31A和31B的转换效率。优选的 是,信号分离器12也由控制器72来控制。
(第四实施例)
图10是根据本发明第四实施例的波长转换器4的概念图。波长 转换器4的不同之处在于:利用共用的零色散波长调节装置61来调 节两个光纤31A和31B中每一个的零色散波长。
波长转换器4的操作如下。待转换的输入光以及从泵浦光源11 输出的泵浦光通过光学复用器21进行混合并被输入到光纤31A的一 端。在沿着光纤31A和31B引导输入到光纤31A的一端中的输入光 和泵浦光时,会发生非线性光学现象,从而在光纤31A和31B中产 生波长不同于输入光的波长的转换光。在光纤31A和31B中产生的 转换光从光纤31B的另一端输出,并且该转换光通过光学信号分离 器41和波长选择器51并被输出。
此时,零色散波长调节装置61调节光纤31A和31B的零色散 波长,从而可以调节波长转换器4的波长转换特性。此外,探测器 71探测光纤31A和31B的状态。根据探测器71的探测结果,控制 器72利用零色散波长调节装置61来控制对光纤31A和31B的零色 散波长的调节。因此,波长转换器4具有简单且成本低的结构。如果 光纤31A和31B的色散斜率相同,那么即使在温度变化时光纤31A 和31B的零色散波长之间的差值也是恒定的。
本发明提供了一种具有简单且成本低的结构的波长转换器。该 波长转换器适用于光学通信系统。
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