基于级联二阶非线性效应双转换全光波长转换器特性研究

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全光网络是未来光通信的重要发展方向,全光波长转换器是光纤通信中的关键器件之一。采用准相位匹配周期极化锂酸铌波导的基于级联二阶非线性效应全光波长转换器由于其独特的优势和应用前景,已成为国内外研究的一个热点。高转换效率、大转换带宽、无频率串扰的多通道可调谐波长转换是实现全光网络通信的关键技术。目前,已有的基于级联二阶非线性效应全光波长转换器均难以解决这一关键技术。为此,本论文致力于基于级联二阶非线性效应双转换全光波长转换器的结构和特性研究,以期在有效解决多通道可调谐波长转换时存在频率串扰问题的同时,获得相对更高转换效率和(或)更大转换带宽的方法和措施。   本论文主要研究工作体现在:   对单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器进行了深入的理论分析和数值模拟;研究了其总转换效率与单次转换效率的关系;并与已有单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器实验结果作对比,研究了获得更高转换效率、更大转换带宽的方法,同时探讨了影响其总转换效率的各种因素,如波导长度、光功率、转换带宽和脉冲宽度等。   对单通构级联和频差频双转换全光波长转换器的转换原理和转换特点进行了详细的理论分析和数值模拟;探讨了影响其总转换效率的各种因素,如波导长度、光功率、转换带宽和脉冲宽度等;并且与已有单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器实验结果作对比,明确指出了其在转换效率、转换带宽以及转换频差方面具有的特点和优势。   对双通构级联倍频差频双转换全光波长转换器与双通构级联和频差频双转换全光波长转换器进行了初步探讨:详细介绍了二者的转换原理、转换特点以及转换可行性;预测了二者的转换性能;确切指出了双通构级联和频差频双转换全光波长转换器是一种最佳结构,相对于其它三种双转换全光波长转换器在转换效率和转换频差方面具有优越性。   本论文主要创新之处有:   通过对单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器特性研究,得出重要结论:虽然其转换频差为固定值,不会引起单转换全光波长转换器中存在的光波串扰和重叠,但是其泵浦光的转换带宽极窄,要想通过泵浦光获得多通道可调谐的波长转换,周期极化锂酸铌波导需要采用周期调制二阶非线性光栅,因此其结构模型不是一种理想的形式。   提出并建立了新型单通构级联和频差频双转换全光波长转换器结构模型,并通过对其特性研究,得出重要结论:单独调节单次转换的一个泵浦光波长或同时调节两次转换的两个泵浦光波长时,泵浦光带宽仍然极窄,但该带宽是单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器相应带宽的两倍;同时调节单次转换的两个泵浦光波长或同时调节两次转换的三个泵浦光波长时,可获得很大的泵浦光带宽,此时,周期极化锂酸铌波导不需采用周期调制二阶非线性光栅就可获得多通道可调谐的波长转换;转换频差不但是固定值,而且是单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器相应频差的一半,所以,在相同转换带宽条件下可以获得更多通道的波长转换。因此,该转换器的性能优于单通构级联倍频差频双转换全光波长转换器。   提出并建立了新型双通构级联倍频差频双转换全光波长转换器与双通构级联和频差频双转换全光波长转换器两种结构模型,通过对二者特性研究,得出重要结论:相对于单通构级联二阶非线性效应双转换全光波长转换器,除保留相应转换带宽和转换频差方面优点外,相关参数相同时,转换效率均会得到一定程度的提高;在满足一定泵浦光功率条件下,双通构级联和频差频双转换全光波长转换器转换效率会获得最大值,因此其将是一种理想的全光波长转换器结构形式。   综上所述,本文研究结果为以后对双通构级联和频差频双转换全光波长转换器进行进一步理论研究和实际应用具有重要参考价值。
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