CN1271757C - 密集波分复用***的多波长超连续光源 - Google Patents

Abstract

一种密集波分复用***的多波长超连续光源，属于光通信领域。本发明两个光纤耦合器形成环型腔，半导体激光器输出的连续光经50∶50的光纤耦合器连接输入到位相调制器，位相调制器与射频微波源连接，位相调制器后连接色散光纤，色散光纤后连接大功率的掺铒放大器，其后连接色散位移光纤，色散位移光纤后连接90∶10的光纤耦合器，其90%输出口与50∶50的光纤耦合器的另一输入口连接，光纤耦合器的10%端口接连另一个掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器另一端输入解复用器。本发明能不断的通过调制产生新的边带频率，产生的各光波长更为稳定，使用光纤长度更短，注入光功率更低。各波长之间的频率间隔由光脉冲序列的重复频率或调制频率决定。

Description

密集波分复用***的多波长超连续光源

技术领域

本发明涉及的是一种光通信用的发射光源，特别是一种基于光纤中超连续光产生的多波长密集波分复用光通信光源。属于光通讯领域。

背景技术

目前密集波分复用***使用最多的光源仍是不同波长分离的分布反馈式半导体激光器，半导体激光器数量随信道数同步增加，更高的单路速率是用光时分复用(OTDM)技术，它与DWDM结合能使***的传输容量突破太比特。密集波分复用***的多波长光源应具备光谱范围宽，信道线宽窄以及信道波长高度稳定等特点。多波长超连续光源因具有结构简单、信道成本低、稳定性好等的优点，是下一代超大容量的光通信***最有希望的光发射装置。超连续光源确切地说是限幅光谱超连续光源，当具有高峰值功率的短脉冲注入光纤时，由于非线性传播会在光纤中产生超连续宽光谱，它能限幅成为许多波长，并适合于用作大容量密集波分复用***的光源。

经文献检索发现，T.Morioka等人所发表的论文“1Tbit/s(100Gbit/s×10channel)OTDM/WDM transmission using a single supercontinuum WDMsource.”(使用超连续波分复用光源的1Tbit/s(100Gbit/s×10信道)OTDM/WDM传输)Electron.Lett.，Vol.32，p906，1996.(1996年发表于《电子快报》)，该文报道了1Tbit/s大容量OTDM/WDM传输***使用了多波长超连续波分复用光源。其产生超连续光源的方法是以主动锁模脉冲激光器与外部射频合成器激励作为主时钟的同步而得到高速脉冲序列，再经光脉冲功率放大后在色散位移光纤(DSF)中，由综合非线性效应产生超连续光谱，最后经窄带滤波器或解复用器输出DWDM***用的多波长光源。这样最后得到的多波长光源只适用于归零码***，不能用于广大的非归零码***，而且在光纤中需注入大的光功率，一般在瓦级以上。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种密集波分复用***的多波长超连续光源，使其更为稳定的低噪声多波长光源，具有泵浦光功率低，光谱平坦性好的优点，并适用于非归零码***。本发明最重要的是采用环形反馈，能不断地通过调制产生新的边带频率，产生的各光波长更为稳定，且光纤长度可以更短，注入光功率更低。从而使***成本得到有效降低。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：连续半导体激光器，位相调制器及射频微波源，色散光纤，两个掺铒光纤放大器，色散位移光纤，一个解复用器，以及50∶50和90∶10的光纤耦合器各一只。其连接方式为：半导体激光器输出的连续光经光纤耦合器连接输入到位相调制器，位相调制器与射频微波源连接，位相调制器后连接色散光纤，色散光纤后连接大功率的掺铒放大器，其后连接色散位移光纤，色散位移光纤后连接90∶10的光纤耦合器，其90％输出口与光纤耦合器的另一输入口连接，光纤耦合器的10％端口接连另一个掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器另一端输入解复用器，各部件之间的连接为光纤直接熔接或光纤跳线连接。

连续半导体激光器为可调谐或固定波长的连续半导体激光器。位相调制器为铌酸锂电光位相调制器，或者位相或强度调制器。两个光纤耦合器的分光比分别是90∶10和50∶50，或者根据多波长光源的功率输出选择分光比。色散光纤、色散位移光纤，根据多波长光源的输出选择长度和光纤类型。解复用器的类型和输出波长标准，根据多波长光源的波长输出选择，满足DWDM***的需求。

工作时，半导体激光器输出的连续光经50∶50光纤耦合器连接输入到位相调制器，经过调制器高频调制后产生边带频率，位相调制器由射频微波源驱动，其光频率间隔即为调制的微波频率。光纤色散传输后转化为强度调制并同时进行脉冲压缩。色散光纤后连接大功率的掺铒放大器，光功率放大后，再输入进色散位移光纤，在色散位移光纤中由非线性效应产生超连续光谱。色散位移光纤后连接90∶10的光纤耦合器，其90％输出口与50∶50的光纤耦合器的另一输入口连接，色散位移光纤输出的90％的光重新反馈进位相调制器，经过位相调制器调制并产生更多的边带频率。如此循环多次，可产生更多的边带光频。90∶10光纤耦合器的10％端口接连另一个掺铒光纤放大器，10％端口输出的多波长光，经过掺铒光纤放大器放大后，输入进密集波分复用的解复用器，由解复用器输出符合ITU-T要求的各信道波长的光。半导体激光器的输出波长选择在色散位移光纤的零色散点附近的负色散区域，利用以四波混频为主的非线性效应实现光谱展宽。

一般认为在色散位移光纤的标准色散区域主要由自相位调制产生超连续展宽，四波混频效应因位相难以匹配，光频转换效率不高。而光在色散位移光纤的负色散区域时，容易实现四波混频的位相匹配，因此本发明选择半导体激光器的波长在色散位移光纤的零色散点附近的负色散区域，利用以四波混频为主的非线性效应而产生新的光边频达到光谱展宽，它能比自位相调制、交叉位相调制更有效产生新的边频而加宽。在本发明中，因为是用位相调制产生边带频率，各边频的位相差是固定的，在光纤中传输色散可产生强度调制的相干脉冲，但其分频率的光强并不随时间变化，因此通过解位相相关产生连续的多波长输出，本发明同时适用于非归零码***。

本发明产生的光频间隔由四波混频中运抽光的频率差决定，而这一频率差(或频率间隔)由调制器的调制频率决定。如是50GHz的微波频率进行调制，并由信道间隔50GHz为的DWDM解复用器，可将其限幅为16、40或更多信道的光源。最后产生的各信道波长以及间隔取决于光源激光器的波长和调制器的频率。因此使用一个精确频率的微波源和一个解复用器，本发明可以为DWDM***提供多波长光源。如要产生其它波长间隔的多波长光源，可以选择相应的微波频率进行调制，如用25GHz、100GHz等微波频率进行调制，可产生适用于25GHz、100GHz波长间隔的DWDM***的多波长光源。

本发明的另一个显著进步在于使用环形反馈，由于能不断地通过调制产生新的边带频率，产生的各波长频率更为稳定，且使用的光纤长度可更短，注入光功率更低。因四波混频产生的各波长的线宽不会产生显著的展宽，频率稳定性更好。最后各信道的光功率使用波长均衡器进行均衡，或由增益平坦功率放大器将其输出功率放大。

本发明具有实质性特点和显著进步，与传统的超连续光源相比，不仅考虑到光的振幅特性，还***考虑了光传输的相干特性、位相匹配特性，使用环形反馈，能不断的通过调制产生新的边带频率，产生的各光波长更为稳定，使用光纤长度更短，注入光功率更低。各波长之间的频率间隔由光脉冲序列的重复频率或调制频率决定，波长稳定性高。此外，如果采用锁模脉冲代替连续半导体激光器作为输入光源，同样能产生多个波长的接近变换极限的短脉冲，还适用于OTDM/DWDM***。

附图说明

图1本发明结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：连续半导体激光器1，位相调制器2及射频微波源8，色散光纤3，掺铒光纤放大器4，色散位移光纤5，90∶10光纤耦合器6及50∶50的光纤耦合器7，掺铒光纤放大器9和解复用器10。其连接方式为：半导体激光器1输出的连续光经光纤耦合器7连接输入到位相调制器2，位相调制器2与射频微波源8连接，位相调制器2后连接色散光纤3，色散光纤3后连接大功率的掺铒放大器4，其后连接色散位移光纤5，色散位移光纤5后连接90∶10的光纤耦合器6，其90％输出口与光纤耦合器7的另一输入口连接，光纤耦合器6和7形成环型腔，光纤耦合器6的10％端口接连掺铒光纤放大器9，掺铒光纤放大器9另一端输入解复用器10，各部件之间的连接为光纤直接熔接或光纤跳线连接。

连续半导体激光器1为可调谐或固定波长的连续半导体激光器。位相调制器2为铌酸锂电光位相调制器，或者位相或强度调制器。色散光纤3、色散位移光纤5，或者根据多波长光源的输出选择长度和光纤类型。两个光纤耦合器6和7的分光比分别是90∶10和50∶50，或者根据多波长光源的功率输出要求选择分光比，光纤耦合器7或者为光环行器。掺铒光纤放大器4、9或者由一个或多个半导体光放大器来替代。解复用器10的类型和输出波长标准，根据多波长光源的波长输出选择，满足DWDM***的需求，其中采用50Ghz、100GHz的解复用器10，则适用于50Ghz或者100Ghz空间间隔的密集波分复用***。

下面结合不同的波长数目和不同的光功率输入作为实施例来分析说明本发明的特性。

实施例一

作为DWDM***用的多波长超连续光源，要求四波混频的转换效率较高同时各信道的频谱展宽要小。因自相位调制和交叉相位调制引起的相移，脉冲在光纤中传播时的相位会变化。四波混频的相位匹配条件，要针对脉冲相位的变化，在具体实施中需正确调整参数。为使得输出光谱更宽、更平坦，就必须对入射光的波长有严格的要求，在不同泵浦光功率下的最佳波长点，能够满足四波混频的相位匹配条件，从而产生最大的增益，这个增益是随着入射功率增大而增大的。同样该波长点自相位调制和交叉相位调制引起的脉冲频谱的展宽，发现在四波混频中要减少自相位调制和交叉相位调制对脉冲的影响必须降低泵谱光功率或者减少光纤长度。在实施例1中，当输入信道的泵浦光功率为100mw，色散位移光纤4长为10km，泵浦光波长为1555.4nm，调制频率为10GHz时，最后在解复用器前测得40nm宽的光谱平坦输出。在解复用器后，测得信道间隔为0.8nm，信道功率大于0.1mW。

实施例二

为了更清楚的看到脉冲在光纤中的传播频谱，观察了输入脉冲分别在0、5、10和15km的频谱。在实验中可明显地看到脉冲在光纤中受SPM和XPM影响时的扩展行为，随着距离的增大，脉冲的频谱更加扩展，而且输入功率越大，脉冲受到的非线性影响越大，光谱展宽越多。当输入功率为50mw时，脉冲传播了15km后仍保持了单脉冲的形状，而且振幅下降也不多，功率提高后，虽然四波混频的效率提高了，但是脉冲受到的自相位调制和交叉相位调制的影响更多，频谱扩展地更多。在在实施例2中，输入功率达到200mw时，光纤长度为5km，泵浦光波长为1559.1nm时，测得在输出端的光谱宽度可达60nm，各信道波长的功率约为1mW。

Claims (7)

1、一种密集波分复用***的多波长超连续光源，包括：半导体激光器(1)、位相调制器(2)、色散光纤(3)、第一掺铒光纤放大器(4)、色散位移光纤(5)、90:10的第一光纤耦合器(6)、50:50的第二光纤耦合器(7)、射频微波源(8)、第二掺铒光纤放大器(9)和解复用器(10)，其特征在于，90:10的第一光纤耦合器及50:50的光纤耦合器(7)形成环型腔，半导体激光器(1)输出的连续光经50:50的第二光纤耦合器(7)连接输入到位相调制器(2)，位相调制器(2)与射频微波源(8)连接，位相调制器(2)后连接色散光纤(3)，色散光纤(3)后连接第一掺铒光纤放大器(4)，其后连接色散位移光纤(5)，色散位移光纤(5)后连接90:10的第一光纤耦合器(6)，其90％输出口与50:50的第二光纤耦合器(7)的另一输入口连接，90:10的第一光纤耦合器(6)的10％端口连接第二掺铒光纤放大器(9)，第二掺铒光纤放大器(9)另一端输入解复用器(10)，各部件之间的连接为光纤直接熔接或光纤跳线连接。

2、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，半导体激光器(1)为可调谐或固定波长的连续半导体激光器。

3、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，位相调制器(2)为铌酸锂电光位相调制器，或者位相或强度调制器。

4、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，色散光纤(3)、色散位移光纤(5)根据多波长光源的输出选择长度和光纤类型。

5、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，50:50的第二光纤耦合器(7)为光环行器。

6、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，两个掺铒光纤放大器(4、9)由一个或多个半导体光放大器来替代。

7、根据权利要求1所述的密集波分复用***的多波长超连续光源，其特征是，解复用器(10)的类型和输出波长标准，根据多波长光源的波长输出选择，满足DWDM***的需求，其中采用50GHz、100GHz的解复用器(10)，则适用于50GHz或者100GHz空间间隔的密集波分复用***。