一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器制造技术

一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，由激光器、光子晶体光纤和光学滤波器组成，激光器为输出脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲激光器或连续激光器，输出泵浦光，同时提供转换波长；光子晶体光纤接收并传输上述激光器的输出光，激光束在光子晶体光纤中传输时产生简并的四波混频效应；从光子晶体光纤输出的激光束，通过中心波长为λ和合适带宽的窄带光学滤波器，即可获得波长为λ的激光束。本发明专利技术由一台激光器同时提供泵浦源和转换波长，因此，该全光波长转换器具有结构简单、成本低廉等优点，另外，通过设计光子晶体光纤的结构参数，该全光波长转换器可以实现较大范围的波长转换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全光波长转换器，具体涉及一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，用于转换入射激光束的波长和产生特定波长的激光束。
技术介绍
全光波长转换器是实现全光网络的重要器件。通过该器件进行波长转换可以提高光网络中波长的利用率，增加网络的灵活性和可扩展性，降低网络的阻塞率。全光波长转换器是利用一些介质的非线性效应将输入的光信号直接转移到新的波长上。根据工作原理的不同，全光波长转换器可以分为两大类基于光调制原理的波长转换器和基于光混频原理的波长转换器。基于光调制原理的波长转换器只适用于强度调制的信号，所以只能达到有限的透明性，不能实现严格的透明。基于光混频原理的波长转换器，主要是利用非线性光学 中的四波混频效应。当一束或者几束激光在非线性介质中传输时，满足相位匹配的条件下将发生四波混频效应。相同泵浦光产生的四波混频效应称为简并的四波混频效应，不同泵浦光作用产生的四波混频效应称为非简并的四波混频效应。混频效应的结果是产生了新频率的激光束，新频率的激光束其相位和频率是入射激光的线性组合，因此基于光混频原理的波长转换器能够保留原始的相位和幅度信息，提供极为透明的波长转换。中国专利申请号为200410066256. 9提供了一种“基于激光器四波混频效应的全光波长转换器”，采用环行器将角频率为的信号光注入到工作波长为的光纤光栅外腔半导体激光器有源介质中，利用四波混频效应产生角频率为2 p- s的闲频光，来实现波长转换。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的状况及存在的问题，而提供一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，由一台激光器同时提供泵浦源和转换波长，因此，该全光波长转换器具有结构简单、成本低廉等优点，另外，通过设计光子晶体光纤的结构参数，该全光波长转换器可以实现较大范围的波长转换。本专利技术采用的技术方案是这种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，由激光器、光子晶体光纤和光学滤波器组成，激光器为输出脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲激光器或连续激光器，输出泵浦光，同时提供转换波长；光子晶体光纤接收并传输上述激光器的输出光，激光束在光子晶体光纤中传输时产生简并的四波混频效应；从光子晶体光纤输出的激光束，通过中心波长为λ和合适带宽的窄带光学滤波器，即可获得波长为λ的激光束。上述技术方案中，设计光子晶体光纤的结构参数，能使四波混频效应产生的参量波长为要转换产生的波长为λ激光束。上述技术方案中，所述光子晶体光纤的结构参数包括空气孔的大小和空间距；所述四波混频效应产生的参量波长为信号光或者空闲光。上述技术方案中，所述四波混频效应转换产生波长为λ的激光束，光子晶体光纤结构参数的设计过程如下首先，采用基于多极法的CUDOS软件或者基于有限元法的COMSOL软件，计算参考光子晶体光纤中导模的传播常数β，进而可以计算泵浦波长λ ρ处的各阶色散系数;然后将色散系数代入简并四波混频效应的相位匹配条件[1]Σ( ) MW HVl 式中Qs= s- p为信号光频率相对于泵浦光《5的频移，r为光纤的非线性系数，^为泵浦脉冲的峰值功率；数值求解方程(I)检验产生的信号光或者空闲光是否为需要转换产生的激光束λ ;如果不是要产生的激光束λ，那么结合光子晶体光纤灵活可调的色散特性，在参考光纤的基础上调整其结构参数，直到获得能够产生波长为λ激光束的光子晶体光纤结构参数为止。本专利技术是基于光子晶体光纤简并四波混频效应的全光波长转换器，与基于激光器 四波混频效应的全光波长转换器相比，它的优势包括第一，该全光波长转换器只需一台激光器，同时提供泵浦源和转换波长，无需另外提供信号光源，因此，该全光波长转换器结构更加简单，成本大大降低；第二，与其他有源介质相比，光子晶体光纤作为四波混频介质，不仅具有响应快、转换码率高等优点，而且相对于普通石英光纤，非线性系数大，波长转换效率高，较短的光子晶体光纤就可以达到长距离普通光纤积累的非线性效果，易于实现器件的集成；第三，由于光子晶体光纤灵活可调的色散特性，该全光波长转换器通过设计光子晶体光纤的结构参数，可以实现更大范围的波长转换。鉴于这些优势，该全光波长转换器在通信传输、光电子学、激光器的设计与制作等领域具有广阔的应用前景。附图说明图I为本专利技术结构示意图。图2为实例中采用的光子晶体光纤横截面的场扫描电镜图。图3为实例中采用的光子晶体光纤横截面的计算色散曲线。图4为从实例中光子晶体光纤输出的光谱图，信号光在747nm附近，空闲光在1848nm 附近。图5为保持光子晶体光纤空气孔直径与孔间距的比值不变，其零色散点随孔间距减小的变化曲线。图6为保持光子晶体光纤空气孔直径与孔间距的比值不变而减小孔间距，四波混频效应产生的参量波长随泵浦波长与零色散点之间偏差的变化曲线。具体实施例方式以下结合附图与具体实例对本专利技术作进一步的说明，附图仅用于示例目的，而不是限制本专利技术的使用范围。图I为本专利技术提供的一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器结构示意图，由激光器I、光子晶体光纤2和光学滤波器3组成。作为具体实施例，激光器选用Teem Phononics公司产生的Nd: YAG调Q微晶片激光器，该激光器的工作波长为1064nm，脉冲宽度为O. 6ns，在重复频率为7. 2kHz时的峰值功率为15kW，激光器空间输出的平均功率约为65mW。需要指出的是，也可选择其他工作波长、脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲或者连续光激光器。光子晶体光纤的结构参数由要转换产生的激光束波长来设计，同时根据要转换产生激光束的中心波长和谱宽选择合适波长和带宽的光学滤波器。图2、图3为实例中采用的光子晶体光纤横截面的场扫描电镜图以及计算的色散曲线。该光纤是由长飞公司生产的空气孔直径d=3. 54 μ m、孔间距Λ=5.42μπι的光子晶体光纤。依据该光纤的结构参数，采用基于多极法的CUDOS软件计算该光纤导模的传播常数卢，从而可以计算在泵浦波长1064nm处的各阶 色散系数还可以做出该光纤的色散曲线，如图3所示，并且在图中标出了零色散点在1117nm附近。图4是由光谱仪Agilent86142B测得的调Q微晶片激光器泵浦图2所示光子晶体光纤的输出光谱。米用25倍显微物镜将激光器的输出光f禹合进Im光子晶体光纤中，米用截断法测得泵浦进光纤的功率大约为35mW，耦合效率大约为53. 8%。由图4输出光谱可以看到，信号光出现在747nm附近，空闲光在1848nm附近。将输出光谱通过大恒公司生产的中心波长748nm、带宽为12nm的窄带滤光片，测得747nm光的功率为3. 12mff,由于该窄带滤光片的峰值透过率为50%，因此实验中产生的747nm光的功率大约为6. 24mff,即1064nm的泵浦光向747nm信号光的转化效率为18%，这样我们就可以获得波长为747nm的激光束了。由于光子晶体光纤具有灵活可调的色散特性，因此可以通过改变光子晶体光纤的空气孔直径和孔间距，进而改变它的各阶色散系数，由相位匹配条件(I)，可以实现向其他波长激光束的转换。作为实施例，在图2所示光子晶体光纤的基础上，保持空气孔与孔间距的比值不变，将孔间距由5. 42 μ m逐渐减小到3. 5 μ m，这个过程可以通过光子晶体光纤的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，其特征在于：由激光器、光子晶体光纤和光学滤波器组成，激光器为输出脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲激光器或连续激光器，输出泵浦光，同时提供转换波长；光子晶体光纤接收并传输上述激光器的输出光，激光束在光子晶体光纤中传输时产生简并的四波混频效应；从光子晶体光纤输出的激光束，通过中心波长为λ和合适带宽的窄带光学滤波器，即可获得波长为λ的激光束。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，其特征在于由激光器、光子晶体光纤和光学滤波器组成，激光器为输出脉宽在几十皮秒量级以上的长脉冲激光器或连续激光器，输出泵浦光，同时提供转换波长；光子晶体光纤接收并传输上述激光器的输出光，激光束在光子晶体光纤中传输时产生简并的四波混频效应；从光子晶体光纤输出的激光束，通过中心波长为λ和合适带宽的窄带光学滤波器，即可获得波长为λ的激光束。2.根据权利要求I所述的基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，其特征在于设计光子晶体光纤的结构参数，能使四波混频效应产生的参量波长为要转换产生的波长为λ激光束。3.根据权利要求I所述的基于光子晶体光纤四波混频效应的全光波长转换器，其特征在于所述光子晶体光纤的结构参数包括空气孔的大小和空间距；所述四波混频效应产生的参量波长为信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦斌，侯静，李荧，宋锐，杨未强，陈子伦，奚小明，王天武，陆启生，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：