九、全光波长变换器
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合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 7
2007-2-27
受激喇曼散射
• 受激光喇曼散射是光波与二氧化硅分子的振动模之间的相 互作用的结果。如果一个具有hv1能量的光子入射到振动 频率为Vm的分子上，分子能从光子中吸收一部分能量。 在相互作用中发生了散射，从而产生了一个较低的频率V2 以及相应的能量hv2的光子。
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3
全光波长变换器的作用和要求（3）
• 在OADM 和OXC中可实现不同波长间的交换的功能，结 构复杂，需要进行光电和电光转换，存在瓶颈效应。 • 在OADM、OXC中引入波长变换器，OADM保存自身功能， 还能使承载的业务转承于本地的非标准波长上。 • 对于OXC采用两种交换：空间交换和波长交换。 • 空间交换：波长选路或波长交叉连接。 • 波长交换：把信号从一个波长变换导另外一个波长上。可 重构选择节点建立端到端的虚波长通路，实现光连接。
2007-2-27
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4
全光波长变换器的作用和要求（4）
• 目前系统中使用的波长变换，主要是光/电、电/光 波长变换。但是这种波长变换不太适合大容量光 网络的应用（如对信号格式和调制速度不透明、 系统难以升级和转换速度受限等），必须寻求不 经过电域转换、直接在光域上进行的WC，即全 光波长变换（AOWC）。
2007-2-27
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
16
基于半导体光放大器的AOWC（1）
2院
17
基于半导体光放大器的AOWC（2）
2007-2-27
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18
SOA——FWM波长变换
2007-2-27
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
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8
受激布里渊散射
• 光纤介质在外加光场作用下，其密度将因所谓电致伸缩应 而发生变化。光纤密度的变化导致对光波的散射，在入射 光波被介质散射的同时，在介质内将产生一个频率为Ω B 的声子，入射光被散射产生斯托克斯频移。
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基于差频效应的AOWC
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基于电吸收调制AOWC
• 交叉吸收调制
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EAM的非线性吸收特性
2007-2-27
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总结
• • • • • 石英光纤AOWC 非线性光学环境AOWC 基于半导体光放大器的AOWC 基于差频效应的AOWC 基于电吸收调制AOWC
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四波混频
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石英光纤AOWC
• 四波混频。把信息复制到新的波长上，实现波长 变换。 • 特点：转换速度极快，可达飞秒，效率低，光纤 长度长，不易集成。
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全光波长变换器
全光波长变换器的作用和要求
利用光纤非线性效应的AOWC
基于半导体激光器的AOWC 基于半导体光放大器的AOWC
2007-2-27 1
全光波长变换器的作用和要求（1）
• 尽管DWDM的传输带宽可以满足每个用户的要求， 目前的可用波长数目却大大少于实际所需的数量， 因为波长的匮乏使基于波长选路和OXC的DWDM 光网络的阻塞率大大提高，同时当两个或多个波 长信号间建立光的连接，光路上所有光路的连接 必须采用同一波长，这是波长路由网络和电路交 换网络的根本区别。 • 电路交换链路容量都被占用时，才会发生阻塞； 对于波长网络，只有各段具有相同的空闲波长， 才能建立光的通路。
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5
全光波长变换器的要求
• 全光波长变换器件采用各种光学非线性效应：主要有三种 类型：利用光纤非线性效应的AOWC，基于半导体激光二 极管的ＡＯＷＣ，基于半导体光放大器的ＡＯＷＣ． • 基本要求：大的转换码率（至少10Gbit/s) • 低的输入功率； • 宽的输入、输出波长范围 • 对输入偏振不灵敏 • 快的转换速度 • 小的啁啾 • 可级联使用 • 应用简单和低的成本
非线性光学环境AOWC
• 高信号功率注入，相当长的色散位移光纤，易受外界环境 影响。
2007-2-27 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 14
基于半导体激光器的AOWC
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交叉增益调制
• 利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，从 而调制了在同一介质中传播的探测光的放大倍数， 使其强度得到调制，从而实现信息从信号光到探 测光的转换。
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光纤中的非线性光学效应
• 受激散射：受激喇曼散射(SRS:Stimulated Roman Scattering) • 受激布里渊散射(SBS: Stimulated Brillouin Scattering)
• • • • 非线性折射率调制 自相位调制（SPM：Self Phase Modulation） 交叉相位调制（Cross Phase Modulation） 四波混频（FWM: Four Wave Mixing）
2007-2-27 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 2
全光波长变换器的作用和要求（2）
• 引入波长变换器后，只要有空闲的波长，就可建 立“波长”通道，可把波长分配由全局分配变成 本地分配，并实现波长再利用，有效地解决OXC 中的波长竞争，动态路由选择问题，保护网络中 最大限度的畅通无阻。
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自相位调制
很多光介质的折射率n都与光强I强弱有关
这种折射率的非线性产生了传播信号的载波 相关相位调制。
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交叉相位调制
• WDM系统中，折射率的非线性会引起交叉相位调 制，它将某个波长信道的功率波动转化为另一个 波长的相位波动。
2007-2-27
2007-2-27
受激喇曼散射
• 受激光喇曼散射是光波与二氧化硅分子的振动模之间的相 互作用的结果。如果一个具有hv1能量的光子入射到振动 频率为Vm的分子上，分子能从光子中吸收一部分能量。 在相互作用中发生了散射，从而产生了一个较低的频率V2 以及相应的能量hv2的光子。
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全光波长变换器的作用和要求（3）
• 在OADM 和OXC中可实现不同波长间的交换的功能，结 构复杂，需要进行光电和电光转换，存在瓶颈效应。 • 在OADM、OXC中引入波长变换器，OADM保存自身功能， 还能使承载的业务转承于本地的非标准波长上。 • 对于OXC采用两种交换：空间交换和波长交换。 • 空间交换：波长选路或波长交叉连接。 • 波长交换：把信号从一个波长变换导另外一个波长上。可 重构选择节点建立端到端的虚波长通路，实现光连接。
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全光波长变换器的作用和要求（4）
• 目前系统中使用的波长变换，主要是光/电、电/光 波长变换。但是这种波长变换不太适合大容量光 网络的应用（如对信号格式和调制速度不透明、 系统难以升级和转换速度受限等），必须寻求不 经过电域转换、直接在光域上进行的WC，即全 光波长变换（AOWC）。
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基于半导体光放大器的AOWC（1）
2院
17
基于半导体光放大器的AOWC（2）
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SOA——FWM波长变换
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8
受激布里渊散射
• 光纤介质在外加光场作用下，其密度将因所谓电致伸缩应 而发生变化。光纤密度的变化导致对光波的散射，在入射 光波被介质散射的同时，在介质内将产生一个频率为Ω B 的声子，入射光被散射产生斯托克斯频移。
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基于差频效应的AOWC
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基于电吸收调制AOWC
• 交叉吸收调制
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EAM的非线性吸收特性
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总结
• • • • • 石英光纤AOWC 非线性光学环境AOWC 基于半导体光放大器的AOWC 基于差频效应的AOWC 基于电吸收调制AOWC
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11
四波混频
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12
石英光纤AOWC
• 四波混频。把信息复制到新的波长上，实现波长 变换。 • 特点：转换速度极快，可达飞秒，效率低，光纤 长度长，不易集成。
2007-2-27
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全光波长变换器
全光波长变换器的作用和要求
利用光纤非线性效应的AOWC
基于半导体激光器的AOWC 基于半导体光放大器的AOWC
2007-2-27 1
全光波长变换器的作用和要求（1）
• 尽管DWDM的传输带宽可以满足每个用户的要求， 目前的可用波长数目却大大少于实际所需的数量， 因为波长的匮乏使基于波长选路和OXC的DWDM 光网络的阻塞率大大提高，同时当两个或多个波 长信号间建立光的连接，光路上所有光路的连接 必须采用同一波长，这是波长路由网络和电路交 换网络的根本区别。 • 电路交换链路容量都被占用时，才会发生阻塞； 对于波长网络，只有各段具有相同的空闲波长， 才能建立光的通路。
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全光波长变换器的要求
• 全光波长变换器件采用各种光学非线性效应：主要有三种 类型：利用光纤非线性效应的AOWC，基于半导体激光二 极管的ＡＯＷＣ，基于半导体光放大器的ＡＯＷＣ． • 基本要求：大的转换码率（至少10Gbit/s) • 低的输入功率； • 宽的输入、输出波长范围 • 对输入偏振不灵敏 • 快的转换速度 • 小的啁啾 • 可级联使用 • 应用简单和低的成本
非线性光学环境AOWC
• 高信号功率注入，相当长的色散位移光纤，易受外界环境 影响。
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基于半导体激光器的AOWC
2007-2-27
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15
交叉增益调制
• 利用信号光携带的信息调制有源介质的增益，从 而调制了在同一介质中传播的探测光的放大倍数， 使其强度得到调制，从而实现信息从信号光到探 测光的转换。
2007-2-27 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 6
光纤中的非线性光学效应
• 受激散射：受激喇曼散射(SRS:Stimulated Roman Scattering) • 受激布里渊散射(SBS: Stimulated Brillouin Scattering)
• • • • 非线性折射率调制 自相位调制（SPM：Self Phase Modulation） 交叉相位调制（Cross Phase Modulation） 四波混频（FWM: Four Wave Mixing）
2007-2-27 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 2
全光波长变换器的作用和要求（2）
• 引入波长变换器后，只要有空闲的波长，就可建 立“波长”通道，可把波长分配由全局分配变成 本地分配，并实现波长再利用，有效地解决OXC 中的波长竞争，动态路由选择问题，保护网络中 最大限度的畅通无阻。
2007-2-27
9
自相位调制
很多光介质的折射率n都与光强I强弱有关
这种折射率的非线性产生了传播信号的载波 相关相位调制。
2007-2-27
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10
交叉相位调制
• WDM系统中，折射率的非线性会引起交叉相位调 制，它将某个波长信道的功率波动转化为另一个 波长的相位波动。
2007-2-27