[发明专利]一种面向QPSK信号的全光波长变换器

说明书

本发明公开了一种面向QPSK信号的全光波长变换器，包括光混频器、第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一半导体光放大器、第二半导体光放大器、第一光耦合器、第二光耦合器以及可调谐相移器。本发明利用光混频器使输入光信号与本地激光器混频，产生差动平衡的控制光，从而使得载有信息的控制光功率不变、相位调制相反，进而实现只有相位变化而不发生交叉增益调制的波长变换，具有转换效率高、快速、易于实现等特点。

技术领域

本发明属于全光信号处理技术领域，特别涉及了一种面向QPSK信号的全光波长变换器。

背景技术

相移键控信号是高速光通信系统广泛使用的一种调制格式，其中四相位差分相移键控信号(QPSK)是最常用的高阶编码格式，是40Gb/s、100Gb/s以及超100Gb/s高速光通信的主流技术。然而，与高速的传输技术相比，在光网络技术方面却显得极为落后，尤其是在网络的灵活性、可靠性以及可扩展性方面，存在严重不足，至今全光网技术还没有获得大量的商业应用。

全光波长变换器是波分复用光通信系统和光交换网络中的核心器件，对于提高网络的可靠性、可扩展性和自愈性具有重要意义。它可以实现：(1)波分复用系统的波长适配。当某个用户进入光复用器时，它使用的波长已经被其它用户所占用，需要将其波长改变为可用的空闲波长，以实现和WDM网络的连接，也可实现WDM不同波段子网络间连接。(2)波长交换网络的波长调度。在波长交换节点中，通过改变进入交换节点的波长，可以实现不同交换端口的交叉连接，如图1、图2所示。由于AWG具有将一个端口输入的不同波长送达到不同输出端口的功能，因此利用波长变换器可以实现无机械动作的交叉连接，动作速度快。(3)波长重用、实现网络配置的灵活性。在光传送网OTN或者在自动交换光网络ASON中，可利用波长变换技术实现虚波长路由，也就是在整个光传送链路中，不同的链路段采用不同的波长。这样可以实现对网络便捷灵活的管理，充分地利用波道资源。(4)解决光交叉连接中端口竞争和阻塞问题。对于像光分组交换OPS这样的网络，不同数据包在输出端口会发生竞争，从而引起阻塞。解决方法之一，是利用波长变换技术把它变换到其它波长上，走不同的波长路由。(5)此外，波长变换还广泛用于全光信号处理技术，比如慢光技术：把原信号光和经过波长变换后的信号光同时注入一个色散光纤中，利用光纤的色散特性使波长不同光波的传输速度不同，因此在通过相同距离的光纤后产生了延时，实现了慢光效应。

正是看到了波长变换器具有十分重要的意义和应用，因而受到广泛关注。在过去十年中，虽然提出了许多全光波长变换的方案，速率甚至超过了320Gb/s，然而这些方法，基本上是针对OOK(NRZ或者RZ)信号的。随着传输速率的提高，OOK信号不能满足进一步提高速率的要求，因此在40Gb/s以上的传输系统，几乎全都改成了DPSK，QPSK，QAM，OFDM等新型高阶编码格式，而且广泛使用了偏振复用技术。这就使得原本面向OOK信号的波长变换技术不再适用。近两三年来，面向高阶编码格式开始受到关注，也提出了一些针对新型编码格式的波长变换技术，但从转换效率、实用性、可集成性等方面都存在这样或那样的缺点。

从原理上说，波长变换器是用一个承载信息的信号光通过一个非线性过程去调制其他波长的光，使其他波长的光或新产生的光承载原信号光信息的光器件。目前所采用的调制机理主要有：(1)交叉增益调制；(2)交叉相位调制；(3)四波混频(参量过程)。而实现上述非线性过程的主要器件可分为两类：(1)无源器件：高非线性光纤、硅基波导、周期性极化铌酸锂(PPLN)光波导等；(2)有源器件：主要是半导体光放大器(SOA)，也有少量文献提到FP-激光器。

基于无源器件的波长变换技术，主要是利用它们的三阶或者二阶非线性过程；在介质结构具有旋转对称性的器件(如光纤、硅基波导)中，三阶非线性(克尔效应)是主要过程；而在PPLN中，二阶非线性是主要过程。