[发明专利]一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光波长转换器，具体涉及一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，用于转换入射激光束的波长和产生特定波长的激光束。

背景技术

全光波长转换器是实现全光网络的重要器件。通过该器件进行波长转换可以提高光网络中波长的利用率，增加网络的灵活性和可扩展性，降低网络的阻塞率。全光波长转换器是利用一些介质的非线性效应将输入的光信号直接转移到新的波长上。根据工作原理的不同，全光波长转换器可以分为两大类：基于光调制原理的波长转换器和基于光混频原理的波长转换器。基于光调制原理的波长转换器只适用于强度调制的信号，所以只能达到有限的透明性，不能实现严格的透明。基于光混频原理的波长转换器，主要是利用非线性光学中的四波混频效应。当一束或者几束激光在非线性介质中传输时，满足相位匹配的条件下将发生四波混频效应。相同泵浦光产生的四波混频效应称为简并的四波混频效应，不同泵浦光作用产生的四波混频效应称为非简并的四波混频效应。混频效应的结果是产生了新频率的激光束，新频率的激光束其相位和频率是入射激光的线性组合，因此基于光混频原理的波长转换器能够保留原始的相位和幅度信息，提供极为透明的波长转换。

中国专利申请号为200410066256.9提供了一种“基于激光器四波混频效应的全光波长转换器”，采用环行器将角频率为ω_s的信号光注入到工作波长为ω_p的光纤光栅外腔半导体激光器有源介质中，利用四波混频效应产生角频率为2ω_p-ω_s的闲频光，来实现波长转换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的状况及存在的问题，而提供一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，由一台激光器同时提供泵浦源和转换波长，因此，该全光波长转换器具有结构简单、成本低廉等优点，另外，通过设计光子晶体光纤的结构参数，该全光波长转换器可以实现较大范围的波长转换。

本发明采用的技术方案是：这种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，由激光器、光子晶体光纤和光学滤波器组成，激光器为输出脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲激光器或连续激光器，输出泵浦光，同时提供转换波长；光子晶体光纤接收并传输上述激光器的输出光，激光束在光子晶体光纤中传输时产生简并的四波混频效应；从光子晶体光纤输出的激光束，通过中心波长为λ和合适带宽的窄带光学滤波器，即可获得波长为λ的激光束。

上述技术方案中，设计光子晶体光纤的结构参数，能使四波混频效应产生的参量波长为要转换产生的波长为λ激光束。

上述技术方案中，所述光子晶体光纤的结构参数包括空气孔的大小和空间距；所述四波混频效应产生的参量波长为信号光或者空闲光。

上述技术方案中，所述四波混频效应转换产生波长为λ的激光束，光子晶体光纤结构参数的设计过程如下：首先，采用基于多极法的CUDOS软件或者基于有限元法的COMSOL软件，计算参考光子晶体光纤中导模的传播常数β，进而可以计算泵浦波长λ_p处的各阶色散系数β_m；然后将色散系数β_m代入简并四波混频效应的相位匹配条件^[1]： 

                  (1)

式中Ω_s=ω_s-ω_p为信号光频率ω_s相对于泵浦光ω_p的频移，γ为光纤的非线性系数，P₀为泵浦脉冲的峰值功率；数值求解方程(1)检验产生的信号光或者空闲光是否为需要转换产生的激光束λ；如果不是要产生的激光束λ，那么结合光子晶体光纤灵活可调的色散特性，在参考光纤的基础上调整其结构参数，直到获得能够产生波长为λ激光束的光子晶体光纤结构参数为止。