专利摘要
本发明公开一种全光波长/码型转换装置，涉及光网络通信领域，实现PDM、OPFDM、单偏信号等多种码型信号的全光波长/码型转换。包括：第一泵浦光发射装置发射x偏振态的第一泵浦光；第二泵浦光发射装置发射y偏振态的第二泵浦光；泵浦光控制器调节所述第一泵浦光发射装置和所述第二泵浦光发射装置，使得第一泵浦光的频率、第二泵浦光的频率与待转换的信号光的频率、目的波长/码型的转换信号光的频率满足预定的关系；保偏耦合器将第一泵浦光和第二泵浦光耦合在一起并输入到非线性光波导；在所述非线性光波导中，待转换的信号光和保偏耦合器输入的双泵浦光发生四波混频效应，生成目的波长的信号光。本发明实施例主要应用于光网络。
说明书
技术领域
本发明涉及光网络通信技术领域，尤其涉及一种全光波长/码型转换装置。
背景技术
在光纤通信领域中，DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)网络能够提供大容量，多样化的宽频服务，随着用户对大容量和高速率的数据传输需求的不断增加，DWDM网络也逐渐成为主导骨干网络架构的趋势。而全光波长转换器是实现DWDM网络中光通信的关键性器件之一，它能够实现信息从一个波长的光载波到另一个波长光载波的复制，可以有效降低网络阻塞率，提高光网络的灵活性和可扩充性，实现开放式DWDM系统中光信号的转发。
现有技术中提供一种基于Ti:PPLN(钛扩散周期极化铌酸锂)的320Gbit/s的D(Q)PSK全光波长转换器。该波长转换器利用了Ti:PPLN光波导中的级联倍频与差频的二阶非线性效应实现D(Q)PSK信号的波长转换，然而Ti:PPLN光波导只对单一偏振态TM模式满足准相位匹配条件的信号实现波长转换，因此，难以实现高速率下的先进调制格式PDM-DQPSK(Polarization DivisionMultiplexing-Differential Quadrature Phase Shift Keying，偏振复用-光差分正交相移键控)、OPFDM-DQPSK信号(Orthogonal Polarization andFrequency Division Multiplexing-Differential Quadrature Phase ShiftKeying，正交偏振频分复用-光差分正交相移键控)等的波长转换。
发明内容
本发明的实施例提供一种全光波长/码型转换装置，实现了PDM、OPFDM、单偏信号等多种码型信号光的全光波长/码型转换。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种全光波长/码型转换装置，用于将待转换信号光转换成目的波长/码型的信号光，包括：第一泵浦光发射装置、第二泵浦光发射装置、泵浦光控制器、保偏耦合器和非线性光波导；
所述第一泵浦光发射装置，用于发射x偏振态的第一泵浦光；
所述第二泵浦光发射装置，用于发射y偏振态的第二泵浦光；
所述泵浦光控制器用于调节所述第一泵浦光发射装置和所述第二泵浦光发射装置，使得所述第一泵浦光的频率、第二泵浦光的频率与所述待转换信号光的载波频率、所述目的波长/码型的信号光的载波的频率满足预定的关系；
所述保偏耦合器，用于将所述第一泵浦光和所述第二泵浦光耦合在一起并输入到所述非线性光波导；
在所述非线性光波导中，待转换信号光和所述保偏耦合器输入的双泵浦光发生四波混频效应，生成所述目的波长/码型的信号光。
由上述技术方案所描述的本发明实施例中，第一泵浦光发射装置发射x偏振态的第一泵浦光到保偏耦合器，第二泵浦光发射装置发射y偏振态的第二泵浦光到所述保偏耦合器。所述保偏耦合器接收到所述x偏振态的第一泵浦光和y偏振态的第二泵浦光后，将所述输入的双泵浦光耦合进光纤并输入到所述非线性光波导中。
在上述第一泵浦光发射装置发射第一泵浦光之前，通过泵浦光控制器可以调节所述第一泵浦光发射装置以调整其发射的第一泵浦光的频率，同样通过所述泵浦光控制器也可以调节所述第二泵浦光发射装置以调整其发射的第二泵浦光的频率。
由于本发明实施例中的全光波长/码型转换装置中输入到非线性光波导与待转换信号光发生四波混频效应的是双泵浦光，并且两个泵浦光发射装置在所述泵浦光控制器的调节下，输出的双泵浦光的频率可以根据不同的应用需求得到相应的调整，使得所述第一泵浦光发射装置发射的泵浦光的频率、所述第二泵浦光发射装置发射的泵浦光的频率与待转换信号光的载波频率、目的波长/码型的信号光的载波的频率之间满足一定的条件，比如，两个泵浦光的频率可以相等或者不相等，或者两个泵浦光的频率之间的差值还可以满足预定条件。因而，当不同频率的泵浦光输入到所述非线性光波导后，与待转换信号光发生四波混频效应，不仅可以实现现有技术中单偏信号的全光波长转换，还可以实现诸如PDM、OPFDM等先进调制格式的信号光的全光波长转换/码型转换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中全光波长/码型转换装置的结构图；
图2为实施例2中从OPFDM-DQPSK信号到PDM-DQPSK信号的波长和码型转换的示意图；
图3为实施例2中全光波长/码型转换装置的第一种结构图；
图4为实施例2中全光波长/码型转换装置的第二种结构图；
图5为实施例2中全光波长/码型转换装置的第三种结构图；
图6为实施例2中实现PDM-DQPSK信号的全光波长转换的示意图；
图7为实施例2中全光波长/码型转换装置的第四种结构图。
具体实施方式
随着光网络传输速率的不断地提升，可以传输大容量的PDM-DQPSK和OPFDM-DQPSK调制码型也逐渐成为下一代100G网络首选的两种码型。然而现有技术中的全光波长转换装置大部分是针对传统码型如OOK、DPSK等信号的波长转换，较难实现PDM-DQPSK信号和OPFDM-DQPSK信号的全光波长转换。因而，本发明实施例提供一种全光波长/码型转换装置，可以通过调节输入的双泵浦光的波长实现上述PDM-DQPSK信号和OPFDM-DQPSK信号的全光波长转换。
本发明的实施例提供的全光波长/码型转换装置应用于光网络中，可以将一个已知波长的光载波上承载的信息复制到另外一个已知波长的光载波上进行承载，从而实现光波长的动态路由。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本发明实施例提供一种全光波长/码型转换装置，以实现将待转换信号光转换成目的波长/码型的信号光，如图1所示，该装置包括：第一泵浦光发射装置14，第二泵浦光发射装置15，保偏耦合器16，泵浦光控制器17和非线性光波导18。
其中，第一泵浦光发射装置14用于发射x偏振态的第一泵浦光。第二泵浦光发射装置15用于发射y偏振态的第二泵浦光。需要说明的是，本发明实施例中所提到的x偏振态和y偏振态是相互正交的。
在上述第一泵浦光发射装置14发射第一泵浦光之前，通过泵浦光控制器17可以调节所述第一泵浦光发射装置14，使得其发射的第一泵浦光的频率得到调整，同样通过所述泵浦光控制器17也可以调节所述第二泵浦光发射装置15，使得其发射的第二泵浦光的频率得到调整。
比如，通过所述泵浦光控制器对上述两个泵浦光发射装置进行调节，从而改变上述两个泵浦光的频率，使得所述第一泵浦光的频率、所述第二泵浦光的频率与待转换信号光的载波频率、目的波长/码型的信号光的载波的频率满足预定的关系。比如，两个泵浦光的频率可以相等或者不相等，或者两个泵浦光的频率之间的差值还可以满足预定条件。
在上述两个泵浦光激光器经过所述泵浦光控制器17调节后得到的频率调整后的两个泵浦光输入到保偏耦合器16后，保偏耦合器16将所述第一泵浦光和所述第二泵浦光耦合在一起输入到所述非线性光波导18中，与待转换信号光发生四波混频效应，生成上述目的波长/码型的转换信号光。本发明实施例中的非线性光波导可以为集成光波导，也可以是非集成光波导。优选地，采用非线性集成光波导。
由于本发明实施例中的全光波长/码型转换装置中输入到非线性光波导与待转换信号光发生四波混频效应的是双泵浦光，并且两个泵浦光发射装置在所述泵浦光控制器的调节下，输出的双泵浦光的频率可以根据不同的应用需求得到相应的调整，因此不仅可以实现现有技术中单偏信号的全光波长转换，还可以实现诸如PDM、OPFDM等先进调制格式的信号光的全光波长转换/码型转换，有助于光网络中光波长的动态路由选择，同时使得同一个光网络可以兼容多种码型的混合传输。
实施例2：
本发明实施例提供的全光波长/码型转换装置可以应用于OPFDM信号光到PDM信号光的全光波长转换和码型转换过程中。OPFDM信号光包含有两个偏振态相互正交、频率不同的子载波，两个子载波上调制有承载的信息。PDM信号光包含有两个偏振态相互正交、频率相同的子载波，两个子载波上调制有承载的信息。
本发明实施例假设应用的具体场景为将子载波频率为fsa、fsb的OPFDM-DQPSK信号光到子载波频率为fc的PDM-DQPSK信号光的全光波长转换和码型转换，其中，上述OPFDM-DQPSK信号光的频率为fsa的子载波是x偏振态的，上述OPFDM-DQPSK信号光的频率fsb的子载波是y偏振态的。
下面详细描述一下采用图1所示的全光波长/码型转换装置实现上述场景中从OPFDM-DQPSK信号光到PDM-DQPSK信号光的全光波长转换的过程。
第一泵浦光发射装置14用于发射x偏振态的第一泵浦光；第二泵浦光发射装置15用于发射y偏振态的第二泵浦光。
所述泵浦光控制器17用于调节所述第一泵浦光发射装置和所述第二泵浦光发射装置，使得所述第一泵浦光的频率fpa和第二泵浦光的频率fpb满足下述要求：
fpa＝0.5(fc+fsa)，fpb＝0.5(fc+fsb)；
其中，fsa为所述待转换的OPFDM-DQPSK信号光的x偏振态的子载波的频率，fsb为所述待转换的OPFDM-DQPSK信号光的y偏振态的子载波的频率，Δf为所述OPFDM-DQPSK信号光的x偏振态的子载波与所述OPFDM-DQPSK信号光的y偏振态的子载波之间的频率差值，fc为所述目的波长的PDM-DQPSK信号光的载波的频率。
第一泵浦光发射装置14发射经过上述调节频率后的x偏振态的泵浦光到保偏耦合器。第二泵浦光发射装置15发射经过上述调节频率后的y偏振态的泵浦光到所述保偏耦合器。所述保偏耦合器16接收到所述x偏振态的泵浦光和y偏振态的泵浦光耦合进光纤并输入到非线性光波导18中。
在非线性光波导中，OPFDM-DQPSK信号光的两个子载波和通过所述泵浦光控制器调节波长后的双泵浦光发生四波混频效应，生成转换光的原理如图2所示，由于所述OPFDM-DQPSK信号光的两个子载波的频率之差为fsa-fsb＝Δf，根据四波混频效应表达式fc＝2fp-fs，其中，fc为转换后得到的信号光的频率，fp为泵浦光的频率，fs为待转换信号光的频率，当两个泵浦光发射装置经过上述泵浦光控制器调节后输出的双泵浦光的频率之差为 时，可以得到两个子载波频率均为fc(fc对应了目的波长)且偏振态相互正交的转换信号光，从而实现了全光波长的转换，与此同时，生成的转换信号光也就具体为PDM-DQPSK信号。
上述非线性光波导采用非线性系数较大的材料制作而成，比如硫化砷波导，高非线性系数的聚合物波导或者高非线性光纤等。
进一步地，上述全光波长/码型转换装置还可以包括用于产生信号光的装置，如图3所示，该全光波长/码型转换装置还包括：第一信号光发射装置11，第二信号光发射装置12，偏振合束器13。
上述第一信号光发射装置11用于对x偏振态的频率为fsa的子载波进行DQPSK调制得到x偏振态的DQPSK信号光并将其输入至偏振合束器。第二信号光发射装置12用于对y偏振态的频率为fsb的子载波进行DQPSK调制得到y偏振态的DQPSK信号光并将其输入至所述偏振合束器。所述偏振合束器13将所述x偏振态的DQPSK信号光和所述y偏振态的DQPSK信号光复用在一起即得到所述OPFDM-DQPSK信号光并将其输入到上述非线性光波导18中。
进一步地，为了提高偏振态转换的效率，可选的，如图4所示，在上述全光波长/码型转换装置中增加偏振控制器19，在所述保偏耦合器将所述输入的双泵浦光耦合进光纤后，在输入到非线性光波导之前，先用偏振控制器19对双泵光的偏振态进行控制，使得第一泵浦光发射装置14发射的泵浦光与所述OPFDM-DQPSK信号光中x偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致，第二泵浦光发射装置15发射的泵浦光与所述OPFDM-DQPSK信号光中y偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致。由于OPFDM与PDM信号之间的转换是与偏振相关的，因而增加该偏振控制器后，可以在OPFDM与PDM信号之间转换的时候提高波长转换效率。
如图5所示，本发明实施例提供的全光波长/码型转换装置还可以进一步包括一个光滤波器110，用于对非线性光波导输出的信号光进行滤波，得到目的波长/码型的信号光并将其输入到光纤中传输。这个光滤波器也可以不必在全光波长/码型转换装置中，它可以位于非线性光波导输出的信号光所要到达的接收端，在接收端进行解调和探测之前完成对信号光的滤波得到上述目的波长/码型的信号光，然后再将其输入到相应的接收机进行解调和探测。
在具体应用过程中，本发明实施例中的全光波长/码型转换装置除了可以实现上述OPFDM信号光到PDM信号光的全光波长转换和码型转换，还可以实现OPFDM/PDM信号光的全光波长转换。下面具体以子载波频率为fs的PDM-DQPSK信号光到子载波频率为fc的PDM-DQPSK信号光的全光波长转换为例进行介绍，转换的工作原理如图6所示，具体转换过程如下：
所述泵浦光控制器调节所述第一泵浦光发射装置和所述第二泵浦光发射装置，使得所述第一泵浦光的频率fpa和所述第二泵浦光的频率fpb满足下述要求：
fpa＝fpb＝0.5(fc+fs)；
其中，fc为所述目的波长/码型的信号光的载波的频率，fs为所述待转换信号光的载波的频率。
然后，所述第一泵浦光发射装置发射经过上述调节频率后的泵浦光到所述保偏耦合器，所述第二泵浦光发射装置也发射经过上述调节频率后的泵浦光到所述保偏耦合器。
所述频率相等的双泵浦光经过所述保偏耦合器耦合进光纤并输入至非线性光波导中，与PDM-DQPSK信号光的两个子载波发生四波混频效应，根据四波混频效应表达式fc＝2fp-fs，可以得到两个子载波频率均为fc(fc对应了目的波长)且偏振态相互正交的转换信号光。得到的转换信号光依然是PDM-DQPSK信号，只不过是将原先承载在频率为fs子载波上的信息转移到频率为fc子载波上进行承载，也即只是实现全光波长转换。
进一步地，为了提高PDM-DQPSK信号光的全光波长转换的效率，在所述保偏耦合器将所述输入的双泵浦光耦合进光纤后，在输入到非线性光波导之前，先用偏振控制器19对双泵浦光的偏振态进行控制，使得第一泵浦光发射装置14发射的泵浦光与所述PDM-DQPSK信号光中x偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致，第二泵浦光发射装置15发射的泵浦光与所述PDM-DQPSK信号光中y偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致。由于PDM信号的全光波长的转换是与偏振相关的，因而增加该偏振控制器后，可以提高波长转换效率。
OPFDM-DQPSK信号光的全光波长转换过程与上述PDM-DQPSK信号光的全光波长转换过程类似，下面具体介绍一下两个子载波频率为fsa、fsb的OPFDM-DQPSK信号光转换到两个子载波频率为fca、fcb的OPFDM-DQPSK信号光的过程。
所述泵浦光控制器用于调节所述第一泵浦光发射装置和所述第二泵浦光发射装置，使得所述第一泵浦光的频率fpa和第二泵浦光的频率fpb满足下述要求：
fpa＝0.5(fca+fsa)，fpb＝0.5(fcb+fsb)；
其中，fsa为所述待转换的OPFDM-DQPSK信号光的x偏振态的子载波的频率，fsb为所述待转换的OPFDM-DQPSK信号光的y偏振态的子载波的频率，fca为所述目的波长的OPFDM-DQPSK信号光的x偏振态的子载波的频率，fcb为所述目的波长的OPFDM-DQPSK信号光的y偏振态的子载波的频率，且fca不等于fcb。
两个泵浦光发射装置经过泵浦光控制器调节后输出的双泵浦光经过所述保偏耦合器耦合进光纤并输入至非线性光波导中，与OPFDM-DQPSK信号光的两个子载波发生四波混频效应，生成转换信号光。该转换信号光依然是OPFDM-DQPSK信号，但是相比于转换前的OPFDM-DQPSK信号光，其子载波已经发生了转换，变成了频率分别为fca、fcb的子载波。
进一步地，为了提高OPFDM-DQPSK信号光的全光波长转换的效率，在所述保偏耦合器将所述输入的双泵浦光耦合进光纤后，在输入到非线性光波导之前，先用偏振控制器19对双泵浦光的偏振态进行控制，使得第一泵浦光发射装置14发射的泵浦光与所述OPFDM-DQPSK信号光中x偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致，第二泵浦光发射装置15发射的泵浦光与所述OPFDM-DQPSK信号光中y偏振态子载波对应的信号光的偏振态保持一致。由于OPFDM信号的全光波长的转换是与偏振相关的，因而增加该偏振控制器后，可以提高波长转换效率。
另外，采用本发明实施例中的全光波长/码型转换装置还可以实现单偏信号如，OOK信号、相移键控信号、正交幅度调制信号的全光波长转换。如图7所示，此时该全光波长/码型转换装置进一步地还包括：偏振态切换模块111，用于将所述第一泵浦光发射装置发射的泵浦光从x偏振态切换为y偏振态，或者用于将所述第二泵浦光发射装置发射的泵浦光从y偏振态切换为x偏振态。实际应用过程中，该偏振态切换模块可以采用半波片。
下面介绍单偏振态OOK信号/DPSK信号的波长转换过程。
利用本发明实施例提供的全光波长/码型转换装置，可以实现所述单偏振态OOK信号/DPSK信号光的偏振无关全光波长转换，此时，所述泵浦光控制器通过控制所述偏振态切换模块111将所述第一泵浦光发射装置发射的泵浦光从x偏振态切换为与所述待转换信号光具有相同偏振方向的偏振态，将所述第二泵浦光发射装置发射的泵浦光从y偏振态切换为与所述待转换信号光具有相同偏振方向的偏振态。如：当待转换信号光为x偏振态时，可以将第二泵浦光的偏振态从y偏振态切换为x偏振态；当待转信号光为y偏振态时，可以将第一泵浦光的偏振态从x偏振态切换为y偏振态，也就是说通过偏振态切换模块进行相应偏振态的切换处理，使得两个泵浦光的偏振态都和待转换信号光的偏振态相同。
当然，泵浦光控制器除了控制偏振态切换模块进行相应的偏振态切换时，还可以对两个泵浦光发射装置进行调节，以调整输出的泵浦光的频率。如果要求载波频率为fs的单偏振态信号光经过转换后的得到信号光的载波频率为fc，则泵浦光控制器调节两个泵浦光发射装置，可以使得输出的两个泵浦光的频率均为0.5(fc+fs)。当然，泵浦光控制器也可以只调节其中一个泵浦光发射装置，使得其输出的泵浦光的频率为0.5(fc+fs)。
在进行单偏振态信号光的转换过程中，偏振态切换开关也可以不进行偏振态的切换操作。如：当待转换的信号光为x偏振态时，可以不将第二泵浦光从x偏振态切换到y偏振态，待转换信号光依然可以和x偏振态的第一泵浦光在非线性光波导中发生四波混频效应生成目的波长的转换信号光。
然后，在所述非线性光波导中，与待转换的OOK信号/DPSK信号光具有相同偏振方向的偏振态的泵浦光和所述待转换的OOK信号/DPSK信号光发生四波混频效应，生成转换光，从而实现了传统码型OOK信号/DPSK信号光的全光波长转换。
在利用本发明实施例提供的全光波长/码型转换装置实现上述单一偏振态的信号光的波长转换时，进一步地，由于OOK信号/DPSK信号为单一偏振态的信号光，在输入信号光时使用一个信号光发射装置即可。具体实施过程中，可以通过所述第一信号光发射装置将OOK信号/DPSK信号光输入至偏振合束器，或者，也可以通过所述第二信号光发射装置将所述OOK信号/DPSK信号光输入至所述偏振合束器。或者，直接将第一信号光发射装置或者第二信号光发射装置产生的信号光直接输入到所述非线性光波导中。
从以上所描述的全光波长/码型转换装置的工作过程可以看出，由于本发明实施例中的全光波长/码型转换装置中输入到非线性光波导与待转换信号光发生四波混频效应的是双泵浦光，并且两个泵浦光发射装置在所述泵浦光控制器的调节下，输出的双泵浦光的频率可以根据不同的应用需求得到相应的调整，因此不仅可以实现现有技术中单偏信号的全光波长转换，还可以实现诸如PDM-DQPSK、OPFDM-DQPSK等先进调制格式的信号光的全光波长转换/码型转换。
本发明实施例主要应用于光通信网络中，可以实现PDM、OPFDM、单偏信号等多种码型信号光的全光波长/码型转换。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
全光波长/码型转换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》。
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