一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器制造技术

一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器，包含第一波分复用器、用于实现群速度匹配的碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及耦合器，第一波分复用器具有用于接入输入至所述波长转换器的1.55μm波段的脉冲光的输入端口，第二波分复用器具有用于输出1.55μm波段脉冲光的输出端口，耦合器具有用于接入2μm波段连续光的输入端口、用于输出1.55μm波段脉冲光作为波长转换器的输出的输出端口，碲酸盐光子晶体光纤连接在第一输入输出端与第三输入输出端口之间，第二输入输出端连接第五输入输出端，第四输入输出端口连接第六输入输出端。本波长转换器在交叉相位调制中，群速度匹配和高非线性克服了两波长之间的走离效应，保证了交叉相位调制的高效性。

【技术实现步骤摘要】
一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器
本专利技术涉及光纤领域，更具体地说，涉及1.55μm波段至2μm波段的波长转换器。
技术介绍
随着通信技术的发展和人们对信息交互的强烈需求，全光通信网络技术无可厚非地成为全球通信的主力。光通信网络的迅猛发展使其容量在过去几十年中呈指数级增长，在技术上有许多突破，包括低损耗单模传输光纤、掺铒光纤放大器、波分复用等。对于长距离和大容量传输，大多数工作已经在C波段通信窗口(1530nm～1565nm)进行，其中光纤传输损耗最小，并且可以获得低噪声放大，高级调制格式信令允许在该有限带宽内有效增加容量。然而，容量传输的带宽距离积最终受光纤非线性限制。由于互联网流量呈指数级增长，今天的电信网络正在迅速推向其容量限制，引发了对潜在未来“容量紧缩”的担忧。所以现有的1.55μm波段(1530～1565nm)的光纤通信系统已经逼近传输容量的极限了，而解决此问题的有效手段之一是开辟新的光传输波段。随着2μm波段相关技术的飞速发展以及掺铥光纤放大器(TDFA)提供的巨大增益带宽(1.8μm～2.1μm)，2μm波段已经具备成为下一个光纤传输窗口的巨大潜力。2um波段(1.8μm～2.3μm)光由于对二氧化碳、水等分子吸收峰很高，属于人眼安全波段，在各领域都有广泛的应用，如人眼安全的激光雷达、激光手术刀、材料加工整形、光纤传感器等。碲酸盐玻璃具有高折射率、高非线性折射率系数、高稀土掺杂浓度、高膨胀系数、低声子能、低熔点、稳定性好、抗腐蚀和特有的磁光性质等优点，积极应用于激光器、非线性器件等中。在全光网络的波分复用系统中，波长转换技术是关键技术之一，也是解决光传输波段容量限制的有效手段之一，波长转换就是将一个波长所载的信息转载到另一个波长上面进行传输。而基于交叉相位调制的波长转换技术同时也可用于强度调制产生锁模。现有技术采用色散位移光纤来实现基于交叉相位调制的波长转换，然而现有的色散平坦位移光纤主要在1.55μm波段实现近零色散平坦，且在1.55μm波段是按间隔取值的，所以可用的波长数是非常有限的；在交叉相位调制中，由于走离效应，现有技术利用色散位移光纤还不能将1.55μm波段扩展到2μm波段。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述现有技术中1.55μm波段与2μm波段跨波段群速度匹配波长可控的技术问题及基于交叉相位调制的大跨度波长转换中交叉相位调制不充分和走离效应干扰的技术缺陷，提供了一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器。本专利技术为解决其技术问题，提供了一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器，包含第一波分复用器、用于实现群速度匹配的碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及耦合器；第一波分复用器具有第一输入输出端、第二输入输出端以及用于接入输入至所述波长转换器的1.55μm波段的脉冲光的输入端口，第二波分复用器具有第三输入输出端口、第四输入输出端口以及用于输出1.55μm波段脉冲光的输出端口，耦合器具有用于接入2μm波段连续光的输入端口、用于输出1.55μm波段脉冲光作为所述波长转换器的输出的输出端口、第五输入输出端以及第六输入输出端，碲酸盐光子晶体光纤连接在第一输入输出端与第三输入输出端口之间，第二输入输出端连接第五输入输出端，第四输入输出端口连接第六输入输出端。在本专利技术的波长转换器中，波长转换器的各部分的结构以及连接关系还被下述信号的流向所限定：所述1.55μm波段的泵浦光脉冲的信号流向顺次为：第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器，然后流出；进入耦合器的2μm波段的光的流向分为两路，一路顺次为：耦合器、第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器，然后流回耦合器，另一路顺次为：耦合器、第二波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第一波分复用器，然后流回耦合器。在本专利技术的波长转换器中，所述碲酸盐光子晶体光纤具有均是由基底材料60TeO2-20PbO-20PbCl2制成的纤芯和包层，所述基底材料内具有沿着所述碲酸盐光子晶体光纤轴线平行设置的多个空气孔；在所述碲酸盐光子晶体光纤的任意横截面上：所述多个空气孔沿着碲酸盐光子晶体光纤的轴心成多层分布，每层的空气孔均排列成正六边形，任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离均为P＝4μm±0.25μm，最内层的各空气孔的直径d1范围是3.0～3.7μm，最内层的任意空气孔的直径相差在0.5μm以内，其余空气孔的直径d为3μm±0.5μm，或者是任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离P的范围是3.80～4.15μm，各任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离相差在0.725μm以内，最内层空气孔的直径d1均为3.3μm±1.45μm，其余空气孔的直径d为3μm±1.45μm；最内层空气孔的孔心之间形成的圆所包围的基底材料形成所述纤芯，其他基底材料以及所有空气孔形成所述包层。在本专利技术的波长转换器中，每一个正六边形中，任意相邻的两条边之间的交点处具有一个空气孔。在本专利技术的波长转换器中，任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离均为P＝4μm，最内层的各空气孔的直径d1相等，d1范围是3.0～3.7μm，其余空气孔的直径d为3μm，或者是任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离相等，P为3.80～4.15μm，最内层空气孔的直径d1均为3.3μm，其余空气孔的直径d为3μm。在本专利技术的波长转换器中，最内层的空气孔的直径以及任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离进一步被最内层的空气孔的直径与任意两个相邻空气孔的孔心之间的距离之比K所限定，K的范围为72％～92％。在本专利技术的波长转换器中，对于任意一个所述碲酸盐群速度匹配光子晶体光纤，其纤芯直径的大小位于2Pmin～2Pmax之内，其中Pmin以及Pmax分别表示该碲酸盐群速度匹配光子晶体光纤两个相邻空气孔的孔心之间的距离的最小值和最大值。在本专利技术的波长转换器中，2μm波段的光具体为2.025μm波长的光。在本专利技术的波长转换器中，第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及耦合器之间连接成环形，该环形中包含的光纤长度符合以下公式：式中，P为输入信号功率，L为光纤长度，γ12为与交叉相位调制相关的非线性系数。在本专利技术的波长转换器中，耦合器为3dB耦合器。实施本专利技术的，具有以下有益效果：本专利技术的波长转换器在交叉相位调制中，群速度匹配和高非线性克服了两波长之间的走离效应，保证了交叉相位调制的高效性；且所采用的碲酸盐光子晶体光纤的结构简单，除了最内层空气孔，各层空气孔直径相同，排布简单，拉制相对简单，并且可根据制造工艺和融接工艺适当调整外层空气孔的直径和孔间距，对光纤特性几乎没有影响，通过调整本专利技术的光子晶体光纤结构可实现1.55μm与2μm波段任意波长的群速度匹配。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是60TeO2-20PbO-20PbCl2碲酸盐玻璃的折射率随波长变化曲线图；图2是本专利技术的波长转换器中碲酸盐光子晶体光纤基本结构的二维截面图；图3(a)是在图2的结构中，P＝4μm、d＝3μm、d1＝3.3μm及有效折射率为2.0832时1.55μm的基模模场图；图3(b)是在图2的结构中，P＝4μm、d＝3μm、d1＝3.3μm及有效折射率为2.069时2.025μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器，其特征在于，包含第一波分复用器、用于实现群速度匹配的碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及耦合器；第一波分复用器具有第一输入输出端、第二输入输出端以及用于接入输入至所述波长转换器的1.55μm波段的脉冲光的输入端口，第二波分复用器具有第三输入输出端口、第四输入输出端口以及用于输出1.55μm波段脉冲光的输出端口，耦合器具有用于接入2μm波段连续光的输入端口、用于输出1.55μm波段脉冲光作为所述波长转换器的输出的输出端口、第五输入输出端以及第六输入输出端，碲酸盐光子晶体光纤连接在第一输入输出端与第三输入输出端口之间，第二输入输出端连接第五输入输出端，第四输入输出端口连接第六输入输出端；所述第一波分复用器、所述碲酸盐光子晶体光纤、所述第二波分复用器以及所述耦合器之间连接成环形，该环形中包含的光纤长度符合以下公式：π＝2Pγ12L式中，P为输入信号功率，L为光纤长度，γ12为与交叉相位调制相关的非线性系数。

【技术特征摘要】
1.一种1.55μm波段至2μm波段的波长转换器，其特征在于，包含第一波分复用器、用于实现群速度匹配的碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器以及耦合器；第一波分复用器具有第一输入输出端、第二输入输出端以及用于接入输入至所述波长转换器的1.55μm波段的脉冲光的输入端口，第二波分复用器具有第三输入输出端口、第四输入输出端口以及用于输出1.55μm波段脉冲光的输出端口，耦合器具有用于接入2μm波段连续光的输入端口、用于输出1.55μm波段脉冲光作为所述波长转换器的输出的输出端口、第五输入输出端以及第六输入输出端，碲酸盐光子晶体光纤连接在第一输入输出端与第三输入输出端口之间，第二输入输出端连接第五输入输出端，第四输入输出端口连接第六输入输出端；所述第一波分复用器、所述碲酸盐光子晶体光纤、所述第二波分复用器以及所述耦合器之间连接成环形，该环形中包含的光纤长度符合以下公式：π＝2Pγ12L式中，P为输入信号功率，L为光纤长度，γ12为与交叉相位调制相关的非线性系数。2.根据权利要求1所述的波长转换器，其特征在于，所述波长转换器的各部分的结构以及连接关系还被下述信号的流向所限定：所述1.55μm波段的泵浦光脉冲的信号流向顺次为：第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器，然后流出；进入耦合器的2μm波段的光的流向分为两路，一路顺次为：耦合器、第一波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第二波分复用器，然后流回耦合器，另一路顺次为：耦合器、第二波分复用器、碲酸盐光子晶体光纤、第一波分复用器，然后流回耦合器。3.根据权利要求1所述的波长转换器，其特征在于，所述碲酸盐光子晶体光纤具有均是由基底材料60TeO2-20PbO-20PbCl2制成的纤芯和包层，所述基底材料内具有沿着所述碲酸盐光子晶体光纤轴线平行设置的多个空气孔；在所述碲酸盐光子晶体光纤的任意横截面上：所述多个空气孔沿着碲酸盐光子晶体光纤的轴心成多层分布，每层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄田野，伍旭，黄攀，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42