[发明专利]一种硅基片上的三维混合复用信号全光波长转换装置

说明书

本发明公开了一种硅基片上的三维混合复用信号全光波长转换装置。本发明的波长转换装置主要由横磁模解复用器、3个横电模解复用器、2个横电模复用器、2个偏振分束旋转器和2个多模非线性波导构成，具有双偏振双模式多波长的信号光和泵浦光同时输入到波长转换装置中，经波长转换装置后将信号光和泵浦光全光波长转换生成携带与信号光相同数据的闲频光。本发明能将多路信号同时加载至同一多模波导的基模和第一高阶模上，形成模式复用，同时结合偏振复用技术，利用已色散优化的多模非线性波导，实现混合复用信号的全光波长转换，提高通信系统的传输容量和动态波长路由网络灵活性；可用于全光通信网络中波长路由和超大容量信号处理等领域。

技术领域

本发明涉及光波导领域的一种硅基片上全光波长转换装置，特别是涉及一种硅基片上的三维混合复用信号全光波长转换装置。

背景技术

全光波长转换长期以来被认为是提高动态波长路由网络灵活性的理想方案。同时，随着当今万物互联的信息社会对光通信高带宽容量需求的不断提高，平面光波导集成器件技术的日益发展，人们开始充分挖掘和利用硅基波导中的波分复用（WDM）技术、模式复用（MDM）技术以及偏振复用（PDM）技术来增加通信容量。光通信网络为了实现波长的重复利用，对于不同维度的复用信号的全光波长转换的研究是大势所趋。

然而，由于多模非线性波导中模式间串扰、相位匹配难以控制和偏振敏感等技术难题，使多维混合复用信号的全光波长转换的研究进展缓慢。实现多维混合复用信号的全光波长转换的要求：一方面要求有相对较大的转换带宽和尽量高的转换效率，可实现多波长复用，在光通信系统中可减少信道堵塞；另一方面需要具有相对低的模间串扰和损耗，保证信息完整无误高质量地在信道中进行传输。近日，人们提出采用色散优化的方法，可提高波长转换效率，并有效减小了模间串扰，因而成为研究热点。对于全光波长转换系统，其核心器件是多模非线性波导，用于实现基于四波混频效应的多模信号的高效率转换。文献：YanqiaoXie ,ShimingGao and Sailing He ,“All-optical wavelength conversion andmulticasting for polarization-multiplexed signal using angled pumps in asilicon waveguide，”Opt. Let.37(11),1898-1900,2012给出了一种双偏振复用信号的全光波长转换方案。文献：Zijun Xu , Qiang Jin , Zhihua Tu and Shiming Gao ,“All-optical wavelength conversion for telecommunication mode-divisionmultiplexing signals in integrated silicon waveguides，”Appl.Opt.57,5036-5042,2018给出了一种用于双模式复用信号波长转换的非线性波导的设计方案。在此基础上，文献：Baobao Chen ,Junfan Chen ,Yi Zhao and Shiming Gao ,“Silicon-based on-chipall-optical wavelength conversion for two-dimensional hybrid multiplexingsignals，”J. Nonlinear. Opt. Phys. Mater. 28(3),1950034,2019给出了一种实现多波长双模式信号的全光波长转换器件，可实现多个波长的基模和高阶模信号的高效率全光波长转换。然而这种器件只能实现信号的横电模的波长转换，通常需要偏振控制器和横电模的耦合光栅的配合。因此，现有技术缺少一种同时适合偏振复用信号、波分复用信号和模式复用信号且宽带高效率的全光波长转换方法。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种硅基片上的三维混合复用信号全光波长转换装置，利用模式解-复用技术和偏振分束旋转技术，同时结合优化色散的方法，能将三维混合信号同时实现宽带高效全光波长转换。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：