光通信技术 韩太林 第5章新.ppt

5.7.3半导体激光器型全光波长变换 目前已提出多种全光波长转换方案，其中较具吸收力的是基于半导体光放大器的全光波长转换技术。利用SOA中交叉增益调制、交叉相位调制及四波混频效应实现波长转换，这3种方法各有优缺点。在光纤传输线路中，需要使用线性光放大器来补偿系统损耗，光放大器所产生的随机噪声累积，将降低光信号的消光比，针对这个问题，提出了基于激光器的全光波长转换器。它的突出优点是转换信号的消光比非常高，在实现波长转换的同时还可改善信号的消光比。 用作波长转换器的半导体激光器可以是分布布拉格反射器（DBR）激光二极管，也可以是分布反馈（DFB）激光二极管。其转换原理为：波长为λi的外部强度调制信号光注入激光器中，将引起激光器中增益区载流子密度随光强的变化而变化，而这种载流子密度调制又对输出波长λo进行频率调制，这样输出波长和输入波长受到相同的调制，形成了波长转换。半导体激光放大器波长转换器又分为交叉增益调制（XGM）和交叉频率调制（XFM）波长转换器，如图5.31、图5.32所示。XGM波长转换器是强度调制的输入信号到强度调制输出信号转换，而XFM波长转换器是强度调制的输入信号到频率调制的输出信号的转换，XFM波长转换器还利用了频率鉴相器的FM/IM转换器作用，实现IM/FM的波长转换。 图5.31 图5.31 交叉增益连续波长转换器（IM/FM） 图5.32 图5.32 交叉频率调制波长转换器（IM/FM） 为了在激光器中实现可靠的波长转换，激光器必须能保持单模工作，而且增益区与偏振无关，为使交叉频率调制波长转换器能具有高性能，激光器与频率鉴相器应该单片集成。 XFM、XGM波长转换器的优点是：波长转换范围宽，使用超周期结构波长可变激光器，其转换范围可达90nm，而且输出可调，它的可调范围同激光器波长的可调范围相同，结构简单，偏置电流波动对器件的影响小；其缺点是：XGM波长转换器的输出啁啾高，输入信号电平高。 5.7.4光纤光栅外腔波长变换器 如图5.33所示为光纤光栅外腔波长转换器的原理图，FBG-ECL是由光纤光栅和腔面增透的F-P（法布里—珀罗）腔激光器管芯所构成的外腔激光器。 利用光纤光栅外腔半导体激光器（FBG-ECL）增益区内部的交叉增益饱和效应。外部的信号光λs经环形器2入射进外腔半导体激光器，由于外腔半导体激光器的增益饱和效应，当外信号为“1”时，激光器本身发出的连续光λc的光增益下降，激光振荡被抑制，激射熄灭。当外信号为“0”时，外腔激光器发出连续光λc，结果，外腔半导体激光器的输出随着信号光的变化而变化，并与初始信号反相。输出后，经过光滤波器去掉λs，形成波长转换了的输出光。这种方案的思路和以前采用SOA实现全光波 图5.33 图5.33 光纤光栅外腔波长转换器的原理图 长变换有相似之处，即都利用了半导体材料的饱和增益效应，但在实现上有明显差别。首先，采用外腔激光器作为波长变换介质，成本大大降低。另外，由于光纤光栅的选模特性使输出光波长非常稳定，可以获得极低的啁啾。而且外信号为“1”时，外腔激光器将处于不激射状态，这决定了转换后的光信号将达到很高的消光比。而对于SOA（XGM）而言，利用了行波放大和干涉，转换后的输出光信号消光比较低，不易级联，正是这一原因，限制了它的实用化。而这些缺点在采用光纤光栅外腔激光器的实现方案中都能得到很好的解决。 另外，光纤光栅外腔半导体激光器实现波长变换还有一个更突出的优点，就是可以通过调谐光纤光栅的中心波长，从而实现全光波长转换器中对转发波长的可控转换。这一点将在未来智能光网络中很有实用前景。光纤光栅中心波长的调谐方法主要有两种：温度和应力调谐。光纤在应力下有良好的性质，可采用磁场、压电陶瓷、机械的方法给光纤光栅施加应力，通过改变光栅周期的方法使光纤光栅中心波长发生变化。目前已有采用应力方法使光纤光栅中心波长在100nm范围内连续调谐的实验报道。 与其他的波长转换器相比较，光纤光栅外腔转换器具有以下的几个明显的优点： 1）结构简单，使用方便。 2）转换波长由光纤光栅的布拉格波长决定，与LD工作电流无关，受温度影响小，因此波长稳定性好。 3）转换灵敏。 4）不存在转换波长啁啾问题，对信号脉冲的影响很小。 5）FBG-DBR-LD波长转换器组成的元器件都已产业化生产，开发这种波长转换器将有较高的性价比。 因此，它是一种很有希望的波长转换技术。 理想的波长转换器应该对比特率、对信号调制方式透明，输出信号具有高消光比、高信噪比、低啁啾、能够向长波长、短波长方向转换、器件结构简