基于周期极化掺镁铌酸锂的宽带通道可调全光波长转换的研究

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在全光通信波分复用光子网络中,多路载波信号在网络节点处需要快速的进行通道路由交换与动态重组,以解决节点处的波长阻塞与竞争,这就是波长转换技术。当前比较成熟的基于半导体光放大器的波长转换以及光/电/光的转换技术局限于传输速率、信号格式、波长转换通道数及灵活性有限等缺陷,不利于今后高速大容量光网络中的应用。基于周期极化铌酸锂晶体的非线性波长转换,因其利用的是非线性完全光学作用过程,对载波信号的传输速率及传输格式完全透明、可实现波长转换广播等特点而深受喜爱,将会是全光网络波长转换最有前景的解决方案。本文研究的是周期极化掺镁铌酸锂晶体中的波长转换,采用Ⅰ型准位相匹配技术得到了宽带倍频与和频效应,利用该宽带特性,基于级联二阶倍频差频与级联二阶和频差频两种转换机制,实现了全光波长转换广播功能以及输出通道灵活可调功能的演示,并进一步尝试了加载码型信号的波长转换。主要的研究成果有以下几方面:1.在掺镁周期极化铌酸锂晶体中,我们对比了Ⅰ型(ooe)和0型(eee)准位相匹配(QPM)倍频晶格极化畴反转周期随基频波长的变化曲线以及倍频转换效率的带宽曲线。Ⅰ型QPM指在Z向切割的晶体中,控制入射基频光为Y向偏振的寻常光(o光),产生的倍频光或者和频光则为Z向偏振的非寻常光(e光)。选取合适的晶体极化畴反转周期和操作温度,实验上我们得到了光通信1.5μm波段的Ⅰ型QPM宽带倍频与和频。2.基于宽带倍频与和频效应,提出在MgO:PPLN晶体中实现波长转换广播的两种机制:单泵浦级联倍频差频(cSHG/DFG)与双泵浦级联和频差频(cSFG/DFG)。利用这两种方案,实现了将一路信号光广播转换到七路输出,而通过巧妙选取泵浦光波长在宽带内的不同位置,灵活的将一路信号光向单路、两路及三路的可调转换输出。3.对两种波长转换机制的转换效率进行了测试,并尝试单泵浦级联倍频差频方案用于加载了2.5GHz的NRZ码型信号的转换实验中,对当前结果不足之处的总结给我们提出了MgO:PPLN晶体嵌入波导结构以改善转换效率的期望。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第9-23页
    1.1 全光通信网中波长转换的作用第9-12页
    1.2 基于光调制原理的波长转换第12-14页
    1.3 基于光混频原理的波长转换第14-17页
    1.4 二阶非线性PPLN 波长转换第17-21页
    1.5 本论文的研究内容及章节安排第21-23页
第二章 二阶非线性频率转换及准位相匹配理论第23-39页
    2.1 三波相互作用的二阶非线性耦合波方程第23-28页
    2.2 准位相匹配技术简介第28-31页
    2.3 准位相匹配耦合波方程的解第31-35页
        2.3.1 准位相匹配和频第31-34页
        2.3.2 准位相匹配倍频与差频第34-35页
    2.4 同向传输光波二阶级联(χ~((2)):χ((2)))非线性混频第35-38页
    2.5 本章小结第38-39页
第三章 MgO:PPLN 准位相匹配及波长转换广播机制第39-51页
    3.1 铌酸锂晶体的选择第39-40页
    3.2 MgO:PPLN 中的准位相匹配倍频与和频第40-48页
        3.2.1 Ⅰ型与0 型准位相匹配第41-45页
        3.2.2 宽带倍频与和频实验第45-48页
    3.3 基于宽带的波长转换广播机制第48-50页
    3.4 本章小结第50-51页
第四章 基于MgO:PPLN 全光波长转换及广播功能的演示第51-63页
    4.1 Ⅰ型准位相匹配宽带倍频与和频第51-54页
    4.2 MgO:PPLN 中的波长广播第54-56页
    4.3 MgO:PPLN 中的灵活通道输出演示第56-59页
    4.4 MgO:PPLN 波长码型信号转换第59-61页
    4.5 本章小结第61-63页
第五章 总结与展望第63-65页
    5.1 本文工作总结第63-64页
    5.2 未来工作展望第64-65页
参考文献第65-73页
致谢第73-74页
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文第74-76页
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