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基于周期极化反转铌酸锂光波导的全光信号处理

基于周期极化反转铌酸锂光波导的全光信号处理 Feb.2008 VOL.45 NO.2 ChineseOptics2007' 中国光学全光信号处理对信号的处理完全在全光域内进行,可以避免传统“光-电-光”信号处理过程中电子瓶颈的限制,是实现未来高速全光通信网络的关键技术。全光信号处理主要包括全光波长转换、全光逻辑门、全光码型转换等。近年来周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导在全光信号处理方面体现了独特的优越性,如超快的响应速度和极低的噪声影响。利用PPLN 光波导中倍频(SHG)、和频(SFG)、差频(DFG)、级联倍频和差频 (S...

Feb.2008 VOL.45 NO.2 ChineseOptics2007' 中国光学全光信号处理对信号的处理完全在全光域内进行,可以避免传统“光-电-光”信号处理过程中电子瓶颈的限制,是实现未来高速全光通信网络的关键技术。全光信号处理主要包括全光波长转换、全光逻辑门、全光码型转换等。近年来周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导在全光信号处理方面体现了独特的优越性,如超快的响应速度和极低的噪声影响。利用PPLN 光波导中倍频(SHG)、和频(SFG)、差频(DFG)、级联倍频和差频 (SHG+DFG)、级联和频与差频(SFG+DFG)等丰富的二阶和级联二阶非线性效应可以灵活实现多种全光信号处理技术。全光逻辑门方面,利用 SFG过程中的参量作用,仅仅用单个 PPLN光波导,提出并理论研究了 40Gbit/s双向全光半减器,可切换或门(OR)和异或门(XOR)。在此基础上,利用 SFG+DFG进一步提出并理论论证了基于单个 PPLN光波导同时实现 40Gbit/s全光半加器、半减器、与门(AND)、XOR和 OR等多种逻辑功能[1]。全光码型转换方面,国内外之前还没有利用 PPLN实现全光码型转换的相关报道。我们构建了内置 PPLN光波导的环形镜机构,利用 PPLN光波导在 SFG、SHG+DFG和 SFG+ DFG过程中的参量作用提出并理论研究了单信道-单信道、单信道-双信道以及单信道-三信道非归零码(NRZ)到归零码 (RZ)的40Gbit/s全光码型转换[2,3]。同时对基于 PPLN光波导的全光码型转换技术进行了实验验证。图1所示为基于 SFG+ DFG实现 10Gbit/s和 20Gbit/sNRZ到 RZ全光码型转换的实验装置图[4]。NRZ信号先经过光纤延时干涉仪(FDI)转换为伪归零码(PRZ)以增强时钟分量;然后 PRZ信号光注入基于单端半导体光放大器(RSOA)的主动锁模光纤环形腔激光器进行时钟提取,产生与 NRZ信号同步的抽运光时钟;NRZ信号光、抽运光时钟和连续控制光在 PPLN光波导中经过 SFG+ DFG得到 RZ空闲光,从而实现 NRZ到 RZ的全光码型转换。利用 SHG+DFG同样可以实现 10Gbit/s和 20Gbit/sNRZ到 RZ的全光码型转换[5]。未来的工作一方面研究新型调制格式如差分相移键控 (DPSK)码参与的全光逻辑门和全光码型转换,另一方面进一步拓宽 PPLN光波导在全光信号处理技术中的应用,如超宽带(UWB)信号产生、慢光等。基金项目:国家自然科学基金(60577006)资助项目通信作者:孙军强 E-mail:jqsun@mail.hust.edu.cn 参考文献 1WangJianetal..Opt.Exp.,2007,15(4):1690~1699 2WangJianetal..Opt.Lett.,2007,32(11):1477-1479 3WangJianetal..Opt.Exp.,2007,15(2):583~588 4WangJianetal..Appl.Phys.Lett.,2007,91(5):051107 5WangJianetal..Opt.Lett.,2007,32(16):2462~2464 基于周期极化反转铌酸锂光波导的全光信号处理王健孙军强张新亮黄德修 (武汉光电国家实验室华中科技大学光电子科学与工程学院,湖北武汉 430074) 摘要利用周期极化反转铌酸锂（PPLN）光波导中和频（SFG）、级联倍频（SHG）和差频（DFG）、级联和频与差频等二阶和级联二阶非线性效应，提出并理论研究了基于单个PPLN光波导实现40Gbit/s全光半加器、半减器、与门、或门、异或门等多种逻辑功能。提出并理论研究了基于PPLN光波导环形镜结构实现非归零码（NRZ）到归零码（RZ）的全光码型转换。实验验证了10Gbit/s和20Gbit/s基于PPLN光波导NRZ到 RZ的全光码型转换。关键词信息光学；全光逻辑门；全光码型转换；周期极化反转铌酸锂；和频；级联倍频和差频；级联和频与差频非线性光学图 1基于 PPLN光波导 SFG+DFG实现 NRZ到 RZ全光码型转换实验装置图 12

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