专利摘要

本实用新型涉及全光逻辑信号处理领域，提供一种基于PPLN波导的全光四线‑二线优先编码器装置，包括：第一级传输单元、第二级传输单元和第三级传输单元；第一级传输单元包括第一连续泵浦光发生装置、信号光I₂发生装置、信号光I₃发生装置、第一光耦合器、第二光耦合器等；第二级传输单元包括第二连续泵浦光发生装置、信号光I₁发生装置、信号光I₂发生装置、等；第三级传输单元包括第三连续泵浦光发生装置、信号光I₃发生装置等。本实用新型实现的全光逻辑器件为全光四线‑二线优先编码器，该编码器能够在光域中直接对信号光进行编码，使得在全光网的光节点处能够完成更复杂逻辑功能，对未来的光交换、光计算、光传输等具有重要意义。

权利要求

1.一种基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，包括：第一级传输单元、第二级传输单元和第三级传输单元；其特征在于，所述第一级传输单元包括第一连续泵浦光发生装置(1)、信号光I₂发生装置(2)、信号光I₃发生装置(3)、第一光耦合器(4)、第二光耦合器(7)、第一PPLN波导(5)和第一带通滤波器(6)；所述第一连续泵浦光发生装置(1)、信号光I₂发生装置(2)以及信号光I₃发生装置(3)与第一光耦合器(4)经单模光纤连接；所述第一光耦合器(4)与第一PPLN波导(5)经单模光纤连接，所述第一PPLN波导(5)与第一带通滤波器(6)经单模光纤连接，所述信号光I₃发生装置(3)与第一带通滤波器(6)的输出信号光分别与第二光耦合器(7)经单模光纤连接，所述第二光耦合器(7)的输出信号光接入外部的信号光处理装置；

所述第二级传输单元包括第二连续泵浦光发生装置(9)、信号光I₁发生装置(8)、信号光I₂发生装置(2)、第三光耦合器(10)、第二PPLN波导(11)和第二带通滤波器(12)；所述第二连续泵浦光发生装置(9)、信号光I₁发生装置(8)以及信号光I₂发生装置(2)与第三光耦合器(10)经单模光纤连接；所述第三光耦合器(10)与第二PPLN波导(11)经单模光纤连接，所述第二PPLN波导(11)与第二带通滤波器(12)经单模光纤连接；

所述第三级传输单元包括第三连续泵浦光发生装置(13)、信号光I₃发生装置(3)、第四光耦合器(14)、第五光耦合器(17)、第三PPLN波导(15)和第三带通滤波器(16)；所述第三连续泵浦光发生装置(13)、信号光I₃发生装置(3)以及第二带通滤波器(12)与第四光耦合器(14)经单模光纤连接；所述第四光耦合器(14)与第三PPLN波导(15)经单模光纤连接，所述第三PPLN波导(15)与第三带通滤波器(16)经单模光纤连接，所述第三带通滤波器(16)、信号光I₃发生装置(3)与第五光耦合器(17)经单模光纤连接，所述第五光耦合器(17)接入外部的信号光处理装置。

2.根据权利要求1所述的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，其特征在于，所述第一连续泵浦光发生装置(1)、第二连续泵浦光发生装置(9)、第三连续泵浦光发生装置(13)为可调谐外腔激光器。

3.根据权利要求1所述的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，其特征在于，所述信号光I₁发生装置(8)输出信号光I₁，所述信号光I₂发生装置(2)输出信号光I₂，所述信号光I₃发生装置(3)输出信号光I₃；所述第一连续泵浦光发生装置(1)输出第一连续泵浦光，第二连续泵浦光发生装置(9)输出第二连续泵浦光，第三连续泵浦光发生装置(13)输出第三连续泵浦光；

其中，所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃均为二进制数字脉冲序列；所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃的速率和峰值功率均相同且相互同步；所述第一连续泵浦光、第二连续泵浦光、第三连续泵浦光的功率是信号光I₁或信号光I₂或信号光I₃峰值功率的十分之一。

说明书

技术领域

本实用新型涉及全光逻辑信号处理领域，尤其涉及一种基于PPLN波导的全光四线- 二线优先编码器装置。

背景技术

近年来，通信业务的迅猛发展使得人们对数据信息的传输效率有了更高的要求。全光网络以其特有的高速率、大容量、支持多种协议、组网灵活性高和可靠性强等优点，成为未来理想的通信网络。全光信号处理技术包括波长变换、解复用、全光逻辑、光参量振荡、光采样和倍频等，全光逻辑是全光信号处理中的关键环节，能够克服了传统的“光-电-光”转换所带来的“电子瓶颈”问题。但是目前的全光逻辑器件只能完成较为单一的逻辑功能，无法满足光分组交换单元对更多、更复杂逻辑功能的需求，因此全光逻辑器件的相关研究已从基本逻辑转向了复杂组合逻辑。全光逻辑器件的突破对未来的光交换、光计算、光传输等具有重要意义。

全光逻辑器件是全光网节点上承载光信号逻辑运算的无源器件，近年来已成为国内外各实验室以及各科研机构的研究热点。能够实现全光逻辑信号处理的光元件有很多，主要包括：高非线性光纤、半导体光放大器、PPLN波导等。2013年，Y.Du等人设计并实现了基于高非线性光纤的全光数据选择器，为获得较高的非线性系数，光纤长度往往需要达到1km以上，这与仅仅几厘米的PPLN波导相差甚远。2017年，Z.L.Wei等人基于量子点半导体光放大器的交叉相位调制效应，利用马赫-曾德尔干涉仪模拟实现了全光逻辑或门的功能，但是载流子的缓慢恢复速率大大影响了其在更高速系统中的应用。PPLN波导是一种采用准相位匹配技术的非线性光学材料，具有效率高、响应快、噪声低、体积小、易于集成等特点，相比于高非线性光纤和半导体光放大器来说，基于PPLN波导的全光逻辑器件在效率、速度、体积等方面更具优势。

优先编码器的输入信号具有优先级别，允许几个信号同时输入，但只对优先级别最高的进行编码，级别低的信号则完全不起作用。四线-二线优先编码器是一个2位的二进制编码器，其功能如表1所示。

表1：

在表1中，4个输入优先级别的高低次序依次为I₃＞I₂＞I₁＞I₀。对于I₃而言，无论其他三个信号是否为有效电平输入，只要I₃为1，输出均为Y₁Y₀＝11，优先级别最高。对于I₀，只有当I₃、 I₂、I₁均为0，即均无有效电平输入，且I₀为1时，输出为Y₁Y₀＝00，所以I₀的优先级别最低。由此可以得出该优先编码器的逻辑表达式为式1、2。

实用新型内容

本实用新型实现的全光逻辑器件为全光四线-二线优先编码器，该编码器能够在光域中直接对信号光进行编码，使得在全光网的光节点处能够完成更复杂逻辑功能，对未来的光交换、光计算、光传输等具有重要意义。

本实用新型提供了一种基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，包括：第一级传输单元、第二级传输单元和第三级传输单元；

所述第一级传输单元包括第一连续泵浦光发生装置、信号光I₂发生装置、信号光I₃发生装置、第一光耦合器、第二光耦合器、第一PPLN波导和第一带通滤波器；所述第一连续泵浦光发生装置、信号光I₂发生装置以及信号光I₃发生装置与第一光耦合器经单模光纤连接；所述第一光耦合器与第一PPLN波导经单模光纤连接，所述第一PPLN波导与第一带通滤波器经单模光纤连接，所述信号光I₃发生装置与第一带通滤波器的输出信号光分别与第二光耦合器经单模光纤连接，所述第二光耦合器的输出信号光接入外部的信号光处理装置；

所述第二级传输单元包括第二连续泵浦光发生装置、信号光I₁发生装置、信号光I₂发生装置、第三光耦合器、第二PPLN波导和第二带通滤波器；所述第二连续泵浦光发生装置、信号光I₁发生装置以及信号光I₂发生装置与第三光耦合器经单模光纤连接；所述第三光耦合器与第二PPLN波导经单模光纤连接，所述第二PPLN波导与第二带通滤波器经单模光纤连接；

所述第三级传输单元包括第三连续泵浦光发生装置、信号光I₃发生装置、第四光耦合器、第五光耦合器、第三PPLN波导和第三带通滤波器；所述第三连续泵浦光发生装置、信号光I₃发生装置以及第二带通滤波器与第四光耦合器经单模光纤连接；所述第四光耦合器与第三 PPLN波导经单模光纤连接，所述第三PPLN波导与第三带通滤波器经单模光纤连接，所述第三带通滤波器、信号光I₃发生装置与第五光耦合器经单模光纤连接，所述第五光耦合器接入外部的信号光处理装置。

所述的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，所述第一连续泵浦光发生装置、第二连续泵浦光发生装置、第三连续泵浦光发生装置为可调谐外腔激光器。

所述的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，所述信号光I₁发生装置输出信号光I₁，所述信号光I₂发生装置输出信号光I₂，所述信号光I₃发生装置输出信号光I₃；所述第一连续泵浦光发生装置输出第一连续泵浦光，第二连续泵浦光发生装置输出第二连续泵浦光，第三连续泵浦光发生装置输出第三连续泵浦光；

其中，所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃均为二进制数字脉冲序列；所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃的速率和峰值功率均相同且相互同步；所述第一连续泵浦光、第二连续泵浦光、第三连续泵浦光的功率是信号光I₁或信号光I₂或信号光I₃峰值功率的十分之一。

进一步的，信号光I₂与信号光I₃满足第一PPLN波导的和频准相位匹配条件为：

其中， 表示信号光I₂的波长， 表示信号光I₃的波长，λ_QPM1表示第一PPLN波导的准相位匹配波长；

信号光I₁与信号光I₂满足第二PPLN波导的和频准相位匹配条件为：

其中， 表示信号光I₁的波长，λ_QPM2表示第二PPLN波导的准相位匹配波长；

第二带通滤波器的输出信号光与信号光I₃满足第三PPLN波导的和频准相位匹配条件为：

其中，λ_QPM3表示第三PPLN波导的准相位匹配波长。

进一步的，所述第一带通滤波器的通频带中心频率为信号光I₂的波长对应的频率。

进一步的，所述第二带通滤波器的通频带中心频率为信号光I₁的波长对应的频率。

进一步的，所述第三带通滤波器的通频带中心频率为信号光I₁的波长对应的频率。

进一步的，所述第一光耦合器、第一PPLN波导、第一带通滤波器、第二光耦合器依次通过单模光纤连接，所述第三光耦合器第二PPLN波导、第二带通滤波器、第四光耦合器、第三PPLN波导和第三带通滤波器、第五光耦合器依次通过单模光纤连接。

本实用新型提供的一种基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，信号光I₂、 I₃及第一连续泵浦光发生装置产生的第一连续泵浦光一起接入第一光耦合器，进入第一PPLN 波导，发生级联和频与差频反应，经第一带通滤波器后，输出逻辑为 的信号光I₂的和频剩余光波，与信号光I₃一起接入第二光耦合器，经第二光耦合器输出的光波即为编码器的输出光波Y₁。信号光I₁、I₂及第二连续泵浦光发生装置产生的第二连续泵浦光一起接入第三光耦合器，进入第二PPLN波导，发生级联和频与差频反应，经第二带通滤波器后，输出逻辑为 的信号光I₁的和频剩余光波，与信号光I₃及第三连续泵浦光发生装置产生的第三连续泵浦光一起接入第四光耦合器，进入第三PPLN波导，发生级联和频与差频反应，经第五带通滤波器后，输出逻辑为 的 的和频剩余光波，与信号光I₃一起接入第五光耦合器，经第五光耦合器输出的光波即为编码器的输出光波Y₀。本实用新型无需通过光电转换过程，即可实现全光四线-二线优先编码器，具有高效率、低噪声、响应迅速、便于集成等优点，能在光域直接对信号光进行编码。

附图说明

图1为本实用新型基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置的结构示意图。

图中附图标记指代的技术特征为：

1、第一连续泵浦光发生装置；2、信号光I₂发生装置；3、信号光I₃发生装置；4、第一光耦合器；5、第一PPLN波导；6、第一带通滤波器；7、第二光耦合器；8、信号光I₁发生装置；9、第二连续泵浦光发生装置；10、第三光耦合器；11、第二PPLN波导；12、第二带通滤波器；13、第三连续泵浦光发生装置；14、第四光耦合器；15、第三PPLN波导；16、第三带通滤波器；17、第五光耦合器。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，包括：第一级传输单元、第二级传输单元和第三级传输单元。

所述第一级传输单元包括第一连续泵浦光发生装置1、信号光I₂发生装置2、信号光 I₃发生装置3、第一光耦合器4、第一PPLN波导5、第一带通滤波器6和第二光耦合器7；所述第一连续泵浦光发生装置1、信号光I₂发生装置2以及信号光I₃发生装置3的输出信号光分别输入到第一光耦合器4中；所述第一光耦合器4的输出信号光传输到第一PPLN波导 5中，所述第一PPLN波导5的输出信号光传输到第一带通滤波器6中，所述信号光I₃发生装置3的输出信号光与第一带通滤波器6的输出信号光分别输入到第二光耦合器7中，所述第二光耦合器7的输出信号光用于接入外部的信号光处理装置；

所述第二级传输单元包括第二连续泵浦光发生装置9、信号光I₁发生装置8、信号光I₂发生装置2、第三光耦合器10、第二PPLN波导11和第二带通滤波器12；所述第二连续泵浦光发生装置9、信号光I₁发生装置8以及信号光I₂发生装置2的输出信号光分别输入到第三光耦合器10中；所述第三光耦合器10的输出信号光传输到第二PPLN波导11中，所述第二PPLN波导11的输出信号光传输到第二带通滤波器12中；

所述第三级传输单元包括第三连续泵浦光发生装置13、信号光I₃发生装置3、第四光耦合器 14、第三PPLN波导15、第三带通滤波器16和第五光耦合器17；所述第三连续泵浦光发生装置13、信号光I₃发生装置3以及第二带通滤波器12的输出信号光分别输入到第四光耦合器14中；所述第四光耦合器14的输出信号光传输到第三PPLN波导15中，所述第三PPLN 波导15的输出信号光传输到第三带通滤波器16中，所述第三带通滤波器16的输出信号光与信号光I₃发生装置3的输出信号光分别输入到第五光耦合器17中，所述第五光耦合器17的输出信号光用于接入外部的信号光处理装置。

在上述装置中，所述第一连续泵浦光发生装置1、第二连续泵浦光发生装置9、第三连续泵浦光发生装置13分别为可调谐外腔激光器。

本实用新型各部分的连接情况：所述第一光耦合器4、第一PPLN波导5、第一带通滤波器6、第二光耦合器7依次通过单模光纤连接。所述第三光耦合器10、第二PPLN波导11、第二带通滤波器12、第四光耦合器14、第三PPLN波导15、第三带通滤波器16和第五光耦合器17依次通过单模光纤连接。本实施例所涉及的信号光I₁、I₂、I₃可分别由其他节点通过单模光纤传输过来。

上述方案中，在光耦合器和带通滤波器之间设置PPLN波导，周期性极化铌酸锂(PPLN) 波导是一种采用准相位匹配技术的光学二阶非线性材料波导，其具有高效率、低噪声、响应迅速、便于集成等优点，在全光信号处理领域具有较好的应用前景。基于PPLN波导的全光信号处理技术包括波长变换，解复用、光参量放大/振荡、全光逻辑信号处理，这些技术可以实现在光网络节点处进行信号光的透明处理，而无需通过光电转换过程。其中全光逻辑信号处理技术是将光逻辑信号在光域上直接进行逻辑信号处理的一种技术，它可以有效地提升光网络对信号光的处理能力，避免了“电子瓶颈”，从而实现更多样、复杂的信号光处理功能，是组建全光网必不可少的关键技术。基于PPLN波导的光信号逻辑运算，主要是利用其和频+ 差频效应(SFG+DFG)实现的。将两路峰值功率和速率均相同的二进制脉冲信号光A和信号光B以及连续泵浦光(CW Pump)同时输入到PPLN波导中。信号光A、信号光B和泵浦光的波长分别为λ_A、λ_B和λ_P，PPLN波导的准相位匹配波长为λ_QPM。当两路信号光的波长满足和频准相位匹配条件，即λ_QPM＝2/(1/λ_A+1/λ_B)时，会产生波长为λ_SF＝1/(1/λ_A+1/λ_B)的和频光。和频光同时与泵浦光发生差频过程，产生波长为λ_C＝1/(1/λ_SF-1/λ_P)的差频输出光 C。最后，利用带通滤波器(BPF)在PPLN波导的输出端得到三路光波，包括差频输出光C 和信号光A、信号光B的和频剩余光波。

在本实施例中，所述信号光I₁发生装置8输出信号光I₁，所述信号光I₂发生装置2输出信号光I₂，所述信号光I₃发生装置3输出信号光I₃；所述第一连续泵浦光发生装置1输出第一连续泵浦光，第二连续泵浦光发生装置9输出第二连续泵浦光，第三连续泵浦光发生装置13输出第三连续泵浦光；为保证PPLN波导的和频+差频效应(SFG+DFG)实现，本实施例中各信号光的参数情况如下：

所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃均为二进制数字脉冲序列；所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃的速率和峰值功率均相同，且相互同步；所述第一连续泵浦光、第二连续泵浦光、第三连续泵浦光的功率是信号光I₁或信号光I₂或信号光I₃峰值功率的十分之一。所述信号光I₁、信号光I₂、信号光I₃、第一连续泵浦光、第二连续泵浦光、第三连续泵浦光均为C波段。

具体的，信号光I₂与信号光I₃满足第一PPLN波导5的和频准相位匹配条件为：

其中， 表示信号光I₂的波长， 表示信号光I₃的波长，λ_QPM1表示第一PPLN波导5的准相位匹配波长；

第一带通滤波器6的输出信号光是第一PPLN波导5输入的信号光I₂的和频剩余光波(波长为 )。

信号光I₁与信号光I₂满足第二PPLN波导11的和频准相位匹配条件为：

其中， 表示信号光I₁的波长，λ_QPM2表示第二PPLN波导11的准相位匹配波长；

第二带通滤波器12的输出信号光是第二PPLN波导11输入的信号光I₁的和频剩余光波(波长为 )，第二带通滤波器12的输出信号光与信号光I₃满足第三PPLN波导15的和频准相位匹配条件为：

其中，λ_QPM3表示第三PPLN波导15的准相位匹配波长。

另外，所述第一带通滤波器6的通频带中心频率为信号光I₂的波长对应的频率，其功能是让逻辑为 的信号光I₂的和频剩余光波通过，而阻止其他波长光波通过。所述第二带通滤波器12的通频带中心频率为信号光I₁的波长对应的频率，其功能是让逻辑为 的信号光I₁的和频剩余光波通过，而阻止其他波长光波通过。所述第三带通滤波器16的通频带中心频率为信号光I₁波长对应的频率，其功能是让逻辑为 的 的和频剩余光波通过，而阻止其他波长光波通过。

本实施例提供的基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置，信号光I₂、I₃及第一连续泵浦光发生装置1产生的第一连续泵浦光一起接入第一光耦合器4，并通过第一光耦合器4进入第一PPLN波导5(信号光I₂、I₃满足第一PPLN波导5的和频准相位匹配条件)，发生级联和频与差频反应，经第一带通滤波器6后，输出逻辑为 的信号光I₂的和频剩余光波，与信号光I₃一起接入第二光耦合器7，经第二光耦合器7输出的光波即为编码器的输出光波 信号光I₁、I₂及第二连续泵浦光发生装置9产生的第二连续泵浦光一起接入第三光耦合器10，并通过第三光耦合器10进入第二PPLN波导11(信号光I₁、 I₂满足第二PPLN波导11的和频准相位匹配条件)，发生级联和频与差频反应，经第二带通滤波器12后，输出逻辑为 的信号光I₁的和频剩余光波，与信号光I₃及第三连续泵浦光发生装置13产生的第三连续泵浦光一起接入第四光耦合器14，并通过第四光耦合器14进入第三PPLN波导15(逻辑为 的信号光I₁的和频剩余光波的速率和峰值功率并没有发生改变，可以作为第三PPLN波导15的输入信号，且与信号光I₃满足第三PPLN波导15的和频准相位匹配条件)，发生级联和频与差频反应，经第五带通滤波器后，输出逻辑为 的 的和频剩余光波，与信号光I₃一起接入第五光耦合器，经第五光耦合器输出的光波即为编码器的输出光波 本实用新型无需通过光电转换过程，即可实现全光四线-二线优先编码器，具有高效率、低噪声、响应迅速、便于集成等优点，能在光域直接对信号光进行编码。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

一种基于PPLN波导的全光四线-二线优先编码器装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。