波長轉換器

目前波長變換器按照原理主要可以分為三類：（1）光－電－光型波長變換器；（2）相干型波長變換器；（3）基於光邏輯門的波長變換器。

最簡單的當然是專注式的轉換節點設計，也就是在複用前，給每個通道都各配置一個波長轉換器，顯然這樣作是元件利用率最低的。一些波長轉換器的共享方案，也被陸續提出，常見的有節點共享式（SPN）和鏈路共享式（SPL）兩種。對前一種共享方案，通常需要較大的光開關以便在單節點可以共享同一個波長轉換器。本期香港城市大學的研究者對此做了改進研究，旨在使用更小更便宜的光開關，替換用在同樣的系統裏，卻能獲得和原來一樣的性能。主要思路是預設一定數量的小尺寸光開關，來支持同樣通道數的波長轉換。當任意一波長的輸入信號要進行波長轉換時，它先被切換到一個共享的波長轉換通道，以這種方式節點僅需要幾個小的光開關，且能共享昂貴的波長轉換器。

全光波長轉換器是波分複用光網絡及全光交換網絡中的關鍵部件。 波長轉換器有多種結構和機制，目前研究較為成熟的是以半導體光放大器(soa)為基礎的波長轉換器 ,包括交叉增益飽和調製型 (xgm soa)、交叉相位調製型 (xpm soa)以及四波混頻型波長轉換器 (fwm soa)等。

波長轉換器有多種分類方式。波長轉換器按照工作機理可分為光電型波長轉換器和全光型波長轉換器。

光電型波長轉換器如圖3-23所示，接收機通過光電檢測器首先將波長為λ₁的輸入光信號轉換為電信號，經過放大器的放大以後，對激光器進行調製，輸出所需要的波長為λ₂的光信號，即完成了光波長轉換。 ^[3] 

這種波長轉換器比較容易實現，其優點是與偏振無關；主要缺點是由於速度受電子器件限制，因此不適應高速大容量光纖通信系統和網絡的要求。 ^[3] 

全光型波長轉換器其波長轉換技術主要由半導體光放大器（SOA） 構成。

波長為λ₁的光信號與需要轉換為波長為λ₂的連續光信號同時送入SOA，SOA對λ₁光功率存在增益飽和特性，結果使得輸入光信號所攜帶的信息轉換到λ₂上,通過濾波器取出λ₂光信號，即可實現從λ₁到λ₂的全光波長轉換。 ^[2] 

按波長轉換的機理可將波長轉換器分為光-電-光再生型、增益飽和型、相位調製型和四波混合型等，圖3.10.1a和圖3.10.1b分別給出了光-電-光再生型和四波混頻型波長轉換器的原理圖。傳統上，使用光-電-光再生型波長轉換器，如圖3.10.1a所示，接收機首先把波長為λ₁的輸入信號轉換為電信號，然後用該電信號直接調製另—個LD或外調制器，產生所需要波長的光信號。這種方法很容易實現，因為它使用普通的器件。其優點是與偏振無關並可以濾出噪聲，其缺點是對比特速率和數據格式不透明，速度受電子器件限制，成本較高。 ^[1] 

另外一種波長轉換技術是把SOA作為四波混頻（FWM）的非線性介質，這種技術要求連續泵浦光λp和信號光λ1時發射進SOA中，如圖3.10.1b所示。假如λ₁和λ₂分別是輸入信號和輸出轉換後信號的波長,選抒泵浦光的波長為λ_p=（λ₁-λ₂）/2,由於在SOA中的四波混頻，在輸出端就產生了一個新的頻率分量λ₂=λ₁-λ_p=λ₁-λ₁/2+λ₂/2，即λ₂/2=λ₁/2,λ₂=λ₁，則在放大器輸出端，在載波波長λ₂上就複製了輸入信號λ₁。這種技術的工作速率高達 100Gbit/s, 而且對比特速率和數據格式透明，因為SOA提供增益，轉換效率相當高。 ^[1] 

另一種用於光交換的器件是波長轉換器。如圖12.4所示，最直接的波長轉換是光/電/光變換，即將波長為λ_i,的輸人光信號,由光電探測器轉變為電信號，然後再去驅動一個波長為λ_j的激光器，使得輸出波長成為λ_j的出射光信號，或者通過外調制器的方法實現間接的波長轉換，即在外調制器的控制端上施加適當的直流偏置電壓,使得波長為λ_i的入射光轉換為波長為λ_j的出射光。 ^[4] 

直接轉換是利用激光器的注入電流直接隨承載信息的信號而變化。少量電流的變化就可以調製激光器的光頻（波長），大約是1nm/mA。

可調諧激光器是實現波分複用（WDM）最重要的器件，今年製成的單頻激光器都用量子阱(MQW)結構、分佈反饋（DFB）式或分佈布喇格反射（DBR）式結構，有些能在10nm或1THz 範圍內調諧，調諧速度大有提高。通過電流調諧，一個激光器可以調諧出24個不同的頻率，頻率間隔為40GHz，甚至可以小到10GHz，使不同光載波頻率可以多達500個。但是目前這種器件還不能提供實際使用，也無商品出售。 ^[4] 

激光外調制器，最有用的是採用具有電光效應的某些材枓製成，這些材料有半導體、絕緣晶體和有機聚合物，最常用的是使用鈦擴散的LiNb03波導構成的M-Z干涉型外調制器。在半導體中，相位滯後的變化受到隨注入電流時變化的折射率的影響。在晶體和各向異性的聚合物中，利用電光效應，即電光材料的折射率隨施加的外電壓而變化，從而實現對激光的調製。 ^[4] 

光/電/光型的WC先將光信號轉換成電信號，經定時再生後，產生再生的電信號和時鐘信號，再用該電信號對標準波長的激光器重新進行調製，從而實現波長變換。由於光電變換技術已很成熟，且它對信號具有再生能力，具有輸入動態範圍較大，無需光濾波器件且對輸入偏振不敏感等許多優點，是目前唯一的一種非常成熟的波長變換器。但是它對信號格式和調製速率不透明，系統升級受限、應用範圍受限。相干型波長變換器，主要原理是應用四波混頻（FWM）原理。根據所使用的器件不同，又可分為：基於無源波導中FWM效應；半導體激光器中FWM效應；半導體光放大器中FWM效應。基於光控邏輯門的波長變換器，採用的原理主要有XGM效應和XPM效應。所採用的器件與相干型波長變換器的器件類似也可分為無源波導型、半導體激光器型和半導體放大器型。