准相位匹配技术在全光波长转换中的应用

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1、中文摘要摘要本文主要研究了基于准相位匹配技术的周期性极化铌酸锉(PPLN)波导在光波长转换中的应用，并对基于PPLN波导的具有波长转换能力的光交叉连接／光分插复用方案作了探索。另外，还研究了用GPM(GradedPhaseMirIDr)产生-Cosh-Gaussian(ChG)：光束年,11ElegantHermite．Gaussian(EHG)光束的方案。论文第一章对光波长转换，光分插复用(OADM)和光交叉连接(OXC)作了简要的介绍，说明了今后光网络节点发展的方向为光波长转换和光交叉连接／光分插复用的融合。介绍了自己博士期间的工作。论文第=章介绍了准相位匹配技术的原理

2、以及铌酸锂晶体的特性；总结了形成周期性反转结构的各种方案；介绍了的PPLN波导的制备方法及其在光通信中的应用；对基于PPLN波导的波长转换技术的原理和发展历程作了介绍。论文第三章探讨了基于“倍频+差频”级联二阶非线性效应波长转换器的原理和实验。对比了单通和双通构型的优缺点。给出了双通构型在忽略信号光变化时的解析解，和原有的忽略泵浦光变化得到的解析解相比，更适合应用于信号光较强或者波导长度较长的情况。论文第四章介绍了基于单通“和频+差频”级联二阶非线性波长转换器的原理和特点。在其基础上引入了“双通”的概念。避免了单通构型中泵浦光附近信道不能使用的缺点，通过利用PPLN波导两次

3、，大约将转换效率提高了一倍。虽然付出了转换带宽稍稍下降的代价，但转换带宽在大多数情况下仍然超过了75nm，远远大于掺铒光纤放大器的带宽。相对于单通构型的“和频+差频”方案，我们的方案优势明显。相对与双通“倍频+差频”方案，我们方案可以达到相同的转换效率，但是可以根据具体的需要，通过调整两个泵浦源波长的间隔，在感兴趣的波段形成非常平坦的增益。针对双通构型和频过程和差频过程分离的特点，我们提出了合理安排和频过程两个泵浦源的“平衡条件”。在该条件下，泵浦光的能量可以持续的向和频光转移，和频光能量不会回流成泵浦光的能量，会随着波导长度的增加而稳定增加。而如果该条件不满足，泵浦光与和

4、频光的能量在传输长度方向上会呈现振荡行为，长的PPLN波导不～定产生高的和频功率。该条件对其他需要提高和频效率的应用也有指导意义。另外，在该条件下。我们得到了忽略损耗时耦合方程的解析解，和数值解符合得很好。论文第五章首先总结了前人的基于PPLN波导的可调谐波长转换方案。在此中文摘要基础上提出了我们的可变波长路由方案，可以将任意一个信道从一个WDM信号中取出(下路)并将其耦合(上路)到另外一个WDM信号中任意一个空闲信道中去，不但实现了可调谐波长转换，而且具有一定的路由功能。相对_丁Yamawaku的方案，不但提高了转换效率，避免了泵浦光附近信道不能被应用的缺点，而且可以实现

5、波长上路或者波长下路功能；相对于Osellame的方案，我们的方案只需要一个PPLN波导，不需要在两个波导之间设计复杂的方向耦合器(该耦合对和频光导通，对信号光截止)，避免了耦合损耗，降低了器件的复杂度和成本，更有可行性。通过将两个我们的可变波长路由方案组合，可构成2×2的光交叉连接单元。可以将分别处于两个不同WDM链路中的任意两个信道所携带的信息进行交叉互换，改变了这两个信道的路由。由于实现的是交叉互换，不需要中转信道，也不会有阻塞。论文第六章给出了用GPM(GradedPhaseMirror)产生Cosh—Gaussian光束以及EHG光束的方法，讨论了谐振腔几何参数以

6、及有源介质的热透镜效应增益饱和效应对光束质量的影响。关键词：准相位匹配，级联二阶非线性，PPLN，光波长转换，光交叉连接，光分插复用，WIXC，GPMII英文摘要AbstractInthisdissertation，theOpticalwavelengthconversionbasedonQuasi-PhaseMatchedtechnologyisfocusedon．TheOWCschemesaresummarizedanddiscussed．Twonovelschemesareproposedtorealizewavelengthconversion，tunablewav

7、elengthconversion，respectively．Basedonourtunablewavelengthconversion，flwavelengthroutingschemeispresentedtodropanarbitrarychannelfromaWDMlinkandaddittoanotherWDMlinkwithadifferentwavelength．An2×2OXCunitwith恤ecapac．ityoftunablewavelengthconversioncanbeimplement