目前實現(xiàn)全光波長�(zhuǎn)換主要有兩種技�(shù),一是基于光混頻的波長轉(zhuǎn)換,二是基于半導�光放大器(SOA)的波長�(zhuǎn)�,這兩種技�(shù)均誕生于十年前。前者利用非線性介�(zhì)實現(xiàn)波長�(zhuǎn)�,具有低噪聲、高速率、低損耗等�(yōu)�,但要求介質(zhì)具有較高的非線�,并且器件體積較為龐�。相比之�,基于SOA的波��(zhuǎn)換器�(jié)�(gòu)緊湊、易于集�,但噪聲較大,并且實�(xiàn)高速運行需要特殊設(shè)�。而在SOA中實�(xiàn)基于光混頻的波長�(zhuǎn)換,可以將這兩種技�(shù)有機地結(jié)合起��
全光波長�(zhuǎn)換的四種主要機制包括非線性材料中的參量轉(zhuǎn)換、SOA中的參量混頻、SOA中的交叉增益�(diào)制和交叉相位�(diào)��
參量波長�(zhuǎn)換利用強泵浦光與輸入信號光產(chǎn)生新的波長。在四波混頻�,兩個泵浦光子湮�,同時產(chǎn)生一個信號光子和一個閑頻光�。三波混頻則以差頻方式產(chǎn)生一個新的波�,然后通過濾波器提取出新的波長(見圖)�
� 提取出新的波�
四波混頻波長�(zhuǎn)換器利用輸入信號光和連續(xù)的泵浦光,通過非線性效應將信號�(zhuǎn)換到新的波長,然后利用濾波器將泵浦光和輸入信號光濾掉,從而實�(xiàn)波長�(zhuǎn)��
對更高網(wǎng)�(luò)容量的需求推動著全光波長�(zhuǎn)換技�(shù)的進步。對�10Gbit/s的速率,光-�-光波長轉(zhuǎn)換技�(shù)可以很好地勝任。雖然光-�-光波長轉(zhuǎn)換器包括接收機和�(fā)射機,但技�(shù)上的長足的進步,已�(jīng)使光-�-光波長轉(zhuǎn)換器不但比復雜的全光波長�(zhuǎn)換器具有價格�(yōu)�,而且更加簡捷、直觀�
但對�40Gbit/s的速率,光子技�(shù)無疑是電子技�(shù)最強有力的競爭對手,對于更高速率的光�(wǎng)�(luò),市場開始青睞于光子技�(shù)。美國南加州大學的Alan Willner表示:“對�100Gbit/s甚至速率更高的網(wǎng)�(luò)而言,利用電子技�(shù)實現(xiàn)波長�(zhuǎn)換將變得相當困難?�?全光波長�(zhuǎn)換則意味著高速率,目前實驗室中的全光波長�(zhuǎn)換速率已經(jīng)達到了驚人的320Gbit/s�
最�,荷蘭愛因霍芬科技大學的研究人員Yong Liu和他的同事利用一個SOA、一個光纖光柵和兩個級�(lián)光學帶通濾波器實現(xiàn)了速率�320Gbit/s的波長轉(zhuǎn)�。輸入信號光的平均功率約�4mW,可�(diào)諧激光器輸出的連續(xù)探測光的平均功率約為2mW。輸入信號光通過交叉增益�(diào)制和半導體折射率的變�,調(diào)制連續(xù)探測光,并且使輸出信號產(chǎn)生波長啁�。輸出信號通過濾波器提�,濾波器的中心波長相對于連續(xù)探測光具有藍�,其目的是將增益恢復時間壓縮�1.8ps。輸出信號通過延遲干涉儀恢復為原始信��
在今年的CLEO會議�,德國柏林Heinrich Hertz研究院的研究人員Bernd Huettl和他的同事報道了速率�320Gbit/s的波長轉(zhuǎn)�,輸入信號光和泵浦光波長分別�1546.5nm�1540.5nm,非線性介�(zhì)�93mm周期極化鈮酸鋰波�。整個波長轉(zhuǎn)換分為兩個過程:泵浦光倍頻�(chǎn)生二次諧�,二次諧波與信號光差頻產(chǎn)生波長為1534.5nm的輸出信�。該研究小組同時還報道了320Gbit/s差分四相移鍵控信號和160Gbit/s差分相移鍵控信號的波長轉(zhuǎn)換�
在此次CLEO會議�,丹麥技�(shù)大學研究人員Michael Galili和他的同事報道了高非線性光纖中基于交叉相位�(diào)制的速率�320Gbit/s的波長轉(zhuǎn)�。他們先�1544nm的連續(xù)光和1557nm的信號光耦合到非線性光纖的一�,反向傳�?shù)睦闷止馔ㄟ^拉曼增益提高波長�(zhuǎn)換效率(見圖),信號光通過200m高非線性光纖的功率損失只有0.2dB�
� 提高信號的輸出功�
高非線性光纖中基于交叉相位�(diào)制的速率�320Gbit/s的波長轉(zhuǎn)�,通過拉曼放大提高信號的輸出功�
Huettl � Galili在今年的OFC 會議上還報道了他們的�(lián)合試驗結(jié)果:�1100m長的高非線性光纖中利用四波混頻實現(xiàn)�320Gbit/s差分四相移鍵控信號的波長�(zhuǎn)��
目前,實驗室中的高速波長轉(zhuǎn)換技�(shù)離實用化還相距甚�。貝爾實驗室將波長轉(zhuǎn)換器和激光器集成在一�,可根據(jù)特定需求切換到不同的輸出波長,但轉(zhuǎn)換速率只有40Gbit/s。對于下一代光�(wǎng)�(luò)而言,集成性和可調(diào)諧性是兩個至�(guān)重要的指標。但對于高速運行而言,目前仍然需要在這兩者中加以�(quán)衡�
全光波長�(zhuǎn)換器走向?qū)嵱没€存在許多挑戰(zhàn)。對于下一代高容量光網(wǎng)�(luò),波長轉(zhuǎn)換將是光交換的一部分,基于波混頻的全光波長轉(zhuǎn)換在下一代光�(wǎng)�(luò)中具有較大的�(yōu)勢,因為它能�?qū)崿F(xiàn)完全透明的波長轉(zhuǎn)�,這對于光交換至關(guān)重要。在這些波長�(zhuǎn)換技�(shù)�,最終誰將勝�,在一定程度上也取決于�(wǎng)�(luò)的體系結(jié)�(gòu)�
波長�(zhuǎn)換器件的應用不只局限于光網(wǎng)�(luò)。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�(zhuǎn)換器將具有更廣闊的應用空��