全光波長變換器課件

全光波長變換器2013211210班2013211092劉瑞琦2023-07-301全光波長變換器2013211210班2023-07-291全光波長轉(zhuǎn)換器研究意義

如今我國光纖通信技術(shù)和光纖產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，現(xiàn)在我國的主要信息通信網(wǎng)幾乎全部實現(xiàn)了光通信，今后光纖也將進入每個家庭。目前DWDM技術(shù)被廣泛應用到當前的通信領(lǐng)域。目前我國傳輸網(wǎng)的最大容量為160×10Gbit/s，即1.6Tbit/SDWDM。我們國家通信網(wǎng)絡的下一步發(fā)展目標是向全光網(wǎng)絡發(fā)展，要實現(xiàn)全光網(wǎng)的目標，必須在光邏輯和光存儲方面有重大的突破以實現(xiàn)真正的光交換，這樣才有可能成為真正的全光網(wǎng)。光波長變換器賦予光網(wǎng)絡的靈活性和擴容性，是未來全光網(wǎng)絡的核心部件。2023-07-302全光波長轉(zhuǎn)換器研究意義如今我國光纖通信技術(shù)和光纖產(chǎn)業(yè)得到什么是波長轉(zhuǎn)換？定義：光波長轉(zhuǎn)換器是把光信號從一個波長轉(zhuǎn)換為另一個波長的器件。控制單元：變換到任意指定的波長。2023-07-303什么是波長轉(zhuǎn)換？定義：光波長轉(zhuǎn)換器是把光信號從一個波長轉(zhuǎn)換為波長轉(zhuǎn)換技術(shù)的意義波長轉(zhuǎn)換器在光交叉互連(OXC)、光網(wǎng)絡管理等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。實現(xiàn)波長的分配及管理、光信息的交換及路由，解決網(wǎng)絡中波長競爭，增加網(wǎng)絡管理的靈活性。2023-07-304波長轉(zhuǎn)換技術(shù)的意義波長轉(zhuǎn)換器在光交叉互連(OXC)、光全光轉(zhuǎn)換

全光型波長轉(zhuǎn)換器是指不經(jīng)過電域處理，直接把信息從一個光波長轉(zhuǎn)換到另一個光波長的器件。在光域中直接實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換可以克服光-電-光波長轉(zhuǎn)換器中電器件的速度瓶頸、透明性低等不足。2023-07-305全光轉(zhuǎn)換全光型波長轉(zhuǎn)換器是指不經(jīng)過電域處理，直接把信息波長轉(zhuǎn)換器分類2023-07-306波長轉(zhuǎn)換器分類2023-07-296全光波長變換器分類全光波長變換器基于光調(diào)制原理基于光混頻原理交叉增益調(diào)制交叉相位調(diào)制差頻四波混頻2023-07-307全光波長變換器分類全光波長變換器基于光調(diào)制原理基于光混頻原理非線性光學效應利用信號光攜帶的信息調(diào)制有源介質(zhì)的增益，從而調(diào)制在同一介質(zhì)中傳播的探測光(通常是連續(xù)光)的放大倍數(shù)，使其強度產(chǎn)生調(diào)制，實現(xiàn)信息從信號光到探測光的轉(zhuǎn)換。它實際上可以看作是特殊的光控光開關(guān)。全光波長轉(zhuǎn)換器有很多種實現(xiàn)方法。從所采用的基本原理來看，一般是利用了光學媒質(zhì)的各種光學非線性效應。2023-07-308非線性光學效應利用信號光攜帶的信息調(diào)制有源介質(zhì)的增益，全光波當信號光和探測光共同傳播時，信號光強度信號能夠調(diào)制非線性介質(zhì)的有效折射率，從而改變探測光的傳播相位。如果利用干涉儀將探測光分成兩路，并利用信號光改變兩路光之間的相差，在輸出端發(fā)生相長或相消干涉，就可使得信號光的信息同相或反相地轉(zhuǎn)換到了探測光上。常用的干涉儀有馬赫一曾德千涉儀、邁克爾遜干涉儀等。2023-07-309當信號光和探測光共同傳播時，信號光強度信號能夠調(diào)制非線性介質(zhì)四波混頻是一種重要的三階非線性效應。在量子力學中的定義是：一個或幾個光波的光子被湮滅，同時產(chǎn)生了幾個不同頻率的新光子，且在此參量過程中，凈能量和動量是守恒的。光纖中的四波混頻現(xiàn)象是有利還是有害，將取決于其具體應用在什么方面。在WDM系統(tǒng)中，F(xiàn)WM能夠引起信道間的竄話，限制了系統(tǒng)的通信質(zhì)量，因此將盡量降低FWM現(xiàn)象。然而正是由于FWM能夠頗為有效地產(chǎn)生新的光波，人們已對它進行了廣泛地研究，F(xiàn)WM現(xiàn)象又可被利用實現(xiàn)完全透明的全光波長變換。2023-07-3010四波混頻是一種重要的三階非線性效應。在量子力學中的定義是：一交叉增益調(diào)制（XGM）型利用SOA的增益和特點利用增益介質(zhì)中的載流子濃度來復調(diào)制輸入與輸出完全相反。2023-07-3011交叉增益調(diào)制（XGM）型利用SOA的增益和特點2023-02023-07-30122023-07-29122023-07-30132023-07-2913交叉增益調(diào)制（XGM）型優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率高波長轉(zhuǎn)換范圍寬對偏振不敏感缺點：輸入輸出信號反相輸出消光比退化（上轉(zhuǎn)換時“能帶倒空”，退化嚴重（增加SOA有效長度來改進，級聯(lián)）比特率透明有限噪聲指數(shù)高啁啾大2023-07-3014交叉增益調(diào)制（XGM）型優(yōu)點：缺點：2023-07-2914交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意圖2023-07-3015交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MZI-XPM原理示意圖20交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意圖2023-07-3016交叉相位調(diào)制（XPM）型SOA-MI-XPM原理示意圖2022023/7/30172023/7/2917交叉相位調(diào)制（XPM）型優(yōu)點：輸入信號功率小頻率啁啾小或負啁啾消光比大大提高便于集成，工作穩(wěn)定，適用方便缺點：輸入功率的動態(tài)范圍比較窄，所以必須對輸入信號的功率進行嚴格控制，只有采用單片集成技術(shù)才能得到較好的效果2023-07-3018交叉相位調(diào)制（XPM）型優(yōu)點：缺點：2023-07-2918基于四波混頻效應FWM的四個頻率信號頻率泵浦頻率2023-07-3019基于四波混頻效應FWM的四個頻率信號頻率泵浦頻率2023-0基于四波混頻效應優(yōu)點：調(diào)制格式透明，任何信息（幅度，相位和頻率）都能保留下來能同時轉(zhuǎn)換多個波長作用距離短，對相位匹配不敏感轉(zhuǎn)換后信號光譜反轉(zhuǎn)，因此可以用于色散補償缺點：轉(zhuǎn)換效率低，轉(zhuǎn)換后信噪比惡化上轉(zhuǎn)換效率比下轉(zhuǎn)換低轉(zhuǎn)換范圍小偏振相關(guān)2023-07-3020基于四波混頻效應優(yōu)點：缺點：2023-07-2920基于四波混頻效應針對FWM-WC的缺點，人們不斷在改進。增加SOA有源區(qū)長度，提高轉(zhuǎn)換效率，增加信噪比。注入短波長補助光，提高轉(zhuǎn)換效率。采用垂直偏正雙泵浦消除偏正相關(guān)的影響，提高轉(zhuǎn)換的范圍。優(yōu)化非線性介質(zhì)，提高轉(zhuǎn)換效率。研究單個波長轉(zhuǎn)換器件的同時，也研究級聯(lián)器件。2023-07-3021基于四波混頻效應針對FWM-WC的缺點，人們不斷在改進。20基于差頻過程（DFG）差頻產(chǎn)生（二階非線性效應）2023-07-3022基于差頻過程（DFG）差頻產(chǎn)生（二階非線性效應）2023-0基于差頻過程（DFG）優(yōu)點：幅度，頻率和相位具有嚴格的透明性不會附加噪聲輸出信號啁啾反轉(zhuǎn)可實現(xiàn)多波長轉(zhuǎn)換輸出頻譜反轉(zhuǎn)，可以進行信號的色散補償缺點：波導制作難度大，成本高低波長光的耦合轉(zhuǎn)換效率比較低2023-07-3023基于差頻過程（DFG）優(yōu)點：缺點：2023-07-2923DFG-WC與FWM-WC比較FWM-WCDFG-WC本質(zhì)SOA中的三階非線性PPLN的二階非線性轉(zhuǎn)換效率變化大（>20dB）低（一般在-17dB）轉(zhuǎn)換范圍小大，且平坦衛(wèi)星頻率有無偏振敏感單泵浦時強烈不敏感多通道同時轉(zhuǎn)換√√透明度好好2023-07-3024DFG-WC與FWM-WC比較FWM-WCDFG-WC本質(zhì)S基于LLPN實現(xiàn)波長變換2023-07-3025基于LLPN實現(xiàn)波長變換2023-07-29252023-07-30262023-07-2926對全光波長變換器的創(chuàng)新課題考慮了全光波長轉(zhuǎn)換器的創(chuàng)新，對基于半導體激光器AOWC的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生了興趣。此類激光器應基于交叉增益調(diào)制和四波混頻效應FWM來實現(xiàn)。創(chuàng)新討論FWM效應的全光波長變換器2023-07-3027對全光波長變換器的創(chuàng)新課題考慮了全光波長轉(zhuǎn)換器的創(chuàng)新，對基于半導體激光器FWM全光波長變換器基于激光器的FWM過程，利用激光器自激光作為泵浦，無需其他泵浦光源，與外信號簡并形成FWM。由于飽和效應，激光器FWN的轉(zhuǎn)換效率不高。利用光纖外柵外腔SOA實現(xiàn)四波混頻的方法，以光柵OFG外腔激光器的一反射面，以兩邊分別鍍減反膜與高反膜的SOA為有源介質(zhì)。信號光從OFG那邊注入SOA，與激震波發(fā)生四波混頻。信號功率小于1mW時，2.5Gbit/s轉(zhuǎn)換速率誤碼率小于10^-92023-07-3028半導體激光器FWM全光波長變換器基于激光器的FWM過程，利用元器件的參數(shù)指標2023-07-3029元器件的參數(shù)指標2023-07-2929前景展望對于下一代高容量光網(wǎng)絡，基于波混頻的全光波長轉(zhuǎn)換在下一代光網(wǎng)絡中具有較大的優(yōu)勢，因為它能夠?qū)崿F(xiàn)完全透明的波長轉(zhuǎn)換，這對于高級光交換至關(guān)重要。在這些波長轉(zhuǎn)換技術(shù)中，最終誰將勝出，在一定程度上也取決于網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)。波長轉(zhuǎn)換器件的應用不只局限于光網(wǎng)絡。從更廣的視角看，波長轉(zhuǎn)換器相當于一個信號處理器，能夠輸入、輸出和加載控制信號，就如同真空管時代的晶體管和三極管，因此波長轉(zhuǎn)換器將具有更廣闊的應用空間今后的發(fā)展趨勢是可集成，可調(diào)諧，高性能和實用化。2023-07-3030前景展望對于下一代高容量光網(wǎng)絡，基于波混頻的全光波長轉(zhuǎn)換在下總結(jié)

本文介紹了全光波長轉(zhuǎn)換器在光網(wǎng)絡中的作用，并介紹了幾種常見的波長轉(zhuǎn)換器及其優(yōu)缺點（光-電-光，XGM-WC，XPM-WC，F(xiàn)WM-WC，DFG-WC），同時介紹了一種SFG-DFG型的可調(diào)諧光纖轉(zhuǎn)換器，最后對全光波長變換器的創(chuàng)新和發(fā)展前景提出了思考2023-07-3031總結(jié)本文介紹了全光波長轉(zhuǎn)換器在光網(wǎng)絡中的作用，并介紹了幾種參考文獻1吳重慶,劉愛民,劉彥輝,董暉;《全光緩存器的