SOA协助下的非灵敏性数据偏振PPLN波导波长转化

SOA协助下的非灵敏性数据偏振PPLN波导波长转化抽象的，我们证明一种在极化铌酸锂波导下的新奇波长转化使用它的泵浦极化调制和振幅调制。

非灵敏极化在所有光学中，在半导体光学放大器（SOA）极化强度转化被用于减弱波导极化灵敏度从30db到1db。

我们用2.5GB/s的速度证明信号转变的BER方法。

我们也在10GB/s的非线性光纤中使用交叉极化的方法证明极化铌酸锂波导泵浦的极化调制。

1 介绍一个全光波长转换器是波分复用系统中的的一个重要设备。

一些光学系统中的至关重要的功能和网络能实现包括可重构的路由选择、争论分辨率、波长再用、多点传送，和传输平衡。

全光波长转换经常通过使用半导体设备或光纤中的非线性效应得到的，从带有输入数据信号的本地激光交互转换到一个新的输出波长。

但是许多波长转换器的的一个关键技术挑战是，它们对有关非线性设备输入数据信号的极化状态非常敏感。

许多方法已经被公开来缓解波长转换器的极化灵敏度问题，包括输入数据的不规则极化，使用极化光纤分离器和在平行条件下的两个极化灵敏元素，使用活跃极化轨道和输入数据信号循环。

我们推测和证明一个波长转换方法与非灵敏性输入数据信号的极化状态有关。

一个包含间断性极化铌酸锂波导泵浦通道的极化调制技术，被用于转化输入数据到一个新的波长上。

这种极化调制通过使用在半导体光学放大器中的交互极化调制方式获得。

使用这种配置，我们能减少极化铌酸锂波导的极化依赖性从大于30db 到小于1db。

对第二代谐波（SHG）的使用伴随着极化铌酸锂波导的不同频率（DFG）等级，也使能被转化为多样输出波长的单数据通道多点传送操作成为可能。

我们证明了同时三种波长的多点传送操作。

另外，为了证明极化铌酸锂波导的极化调制在高速状态下也能被释放，我们在10gb/s的高速非线性光纤使用XPolM。

本篇文章有以下几个部分组成：第二部分解释了推论计划的广义构架。

在第三部分，极化铌酸锂波导的波长转换经由SHG：DFG过程描述。

在第四部分定义和解释了两种操作模式，一种被称为“数据反向模式”，另一种被称为“数据非反向模式”。

在第五部分，极化铌酸锂波导的极化灵敏度被做了详细描述，也同时在第六部分说明了极化灵敏度的减少对我们推测计划的帮助。

在第七部分，在HNLF 的帮助下说明了极化铌酸锂波导泵浦的极化调制。

第八部分总结全文。

2 概念如同Fig所示，我们模拟实验的主体概念能被分为两个阶段。

第一个阶段是非灵敏性极化放大转换器。

我们在半导体光学放大器中使用交互极化调制来转化多种强烈高能信号到低能探针的极化调制中去。

CW探针光线的极化与半导体光学放大器的输入对齐，将半导体光学放大器的TE和TM模式分割开来。

一个泵浦脉冲引起的半导体光学放大器的载流子浓度的抑制改变控制探针调制相位的折射指标。

由于半导体光学放大器的不对称结构，探针的TE和TM组成的相位漂移是不一样的，导致一个如FIG2所示的探波极化状态的循环。

使用偏光计来观察极化状态。

第二个阶段是高灵敏度极化转换器，通过在极化铌酸锂波导的DFG的SHG来实施。

因此，如果第一阶段行动的输出如同极化铌酸锂波导的泵浦，它的极化状态变化会被转化为极化铌酸锂波导的波长转化效应的变化。

这个将通过DFG过程，最终导致其他联合这极化铌酸锂波导的CW通道的放大调制。

它应该被标记，在交互极化调制中伴随着交互增益调制，它们都由半导体光学放大器的输入信号载流子抑制引起的。

作为结果，泵浦信号加入极化铌酸锂波导不只是极化调制，而且也展现了多种的能量，就想稍后在第四部分解释的，极化循环的相互作用和同时能量变种决定了系统输出的数据两极是被维持还是颠倒了。

3 在极化铌酸锂波导下的SHG：DFG极化铌酸锂波导被广泛运用在各种波长转化、全光信号过程、全光网络应用中。

极化铌酸锂波导提供了一个巨大的带宽，不会引起额外的噪声和啁啾。

就像FIG.3所示的，SHG：DFG是一个X:X过程。

在第一次非线性过程中，泵浦波长（λpump)产生了次谐波在λpump/2。

这个处于任何其他波长λin下的次谐波震动复合于极化铌酸锂波导，并产生一个构成了DFG的第二次非线性过程的中间波长位于λout﹣¹=λpump﹣¹×2-λin﹣¹。

对于一个多波长操作，代替一个单输入波长的是一种复合于极化铌酸锂波导，同时产生中间波长和映射泵浦波长的梳妆波长。

但是，对光学转化效率来说，泵浦和输入极化不得不与极化铌酸锂波导保持高度一致性。

这通常通过嵌入式极化控制器在对应于极化铌酸锂波导下的各种独立波长途径或者极化维持光纤来实现。

4 数据转化和数据非转化模式在极化铌酸锂波导之前的半导体光学放大器（SOA）的大致发展趋势上，是否XGM 和XpolM在同一方向还是在相反方向上会导致两种在Fig.4(a)和（b）中概念阐述了的对所有模式而言完全不同的操作体制。

在各自的数字部分，当偏光器展示出极化铌酸锂波导最适宜的极化方向，每一震动间的箭头间接象征了极化信号的状态。

A.数据转化模式极化铌酸锂波导中的泵浦极化（使用一个极化控制器）适用于它的波长转化效率最高可能是当半导体光学放大器中的信号能量很低的时候。

当信号能量变得很高时，它会导致极化铌酸锂波导泵浦的极化循环。

远离它的最优化状态，导致转化效率的下降。

同时，半导体光学放大器的XGM也会减少波导泵浦的能量并导致波长转化输出在不久后的降低。

因此，交互极化调制和交互增益调制彼此互助，当输入信号能量增加时，最后的输出信号能量减少。

这相当于数据转化模式的实施过程。

B.数据非转化模式如果极化铌酸锂波导泵浦的极化初始远离最优方向，当输入信号很低时最后的波长转化输出会很低。

当输入信号能量增加时，它会导致极化铌酸锂波导泵浦极化循环到最优状态，发生波长转化效率的提升和一个更高的输出能量。

但是，由于半导体光学放大器的XGM导致极化铌酸锂波导泵浦能量的下降，最后的转化输出能量减少。

很明显，在这种机制下，XGM和XpolM彼此对立，最后的输出损耗比例被限制。

在这种机制下，数据极性从输入维持到输出。

5 对极化铌酸锂波导极化灵敏度的详细描述我们用于这次试验的极化铌酸准相位匹配波长是在91.5℃的1554.78nm。

波导是5cm长，由光纤组成的辫状两端末部，它有插入式损耗（包括传播损耗和复合损耗）大概有4到5db。

为了对极化铌酸锂波导极化灵敏度进行详细描述，我们注入了一个CW泵浦(约1554.78nm）到有着另一种CW信号极化铌酸锂波导的极化控制器中，并观察在光学光谱分析器中的极化铌酸锂波导输出转化波长的光谱（OSA）。

为了评估非线性过程的极化灵敏度，泵浦极化在一个大范围内循环，而输出能量（包括泵浦和转化波长）被测量。

就像在Fig.5所示，极化铌酸锂波导的转化输出展示出极化灵敏度超过30db。

6 极化铌酸锂波导的极化灵敏度的减少在半导体光学放大器模式中的应用完整的实验步骤展现在Fig.6中。

第一阶段CW探针的波长必须与第二阶段极化铌酸锂波导泵浦的波长一致。

因此，低能量探针的波长（在半导体光学放大器中）被安排在1554.78nm（λp）。

探针极化发生在半导体光学放大器中适用于极化控制器以便在TE和TM模式上下震荡，产生一个大的信号——引起极化循环。

第一阶段的输入信号波长（λs）是1550nm，它的能量通过使用一个耦合器前的衰减器来控制。

通过半导体光学放大器后，我们过滤掉探针，放大它，像泵浦一样供应给极化铌酸锂波导。

三个其它的行波波长复合于极化铌酸锂波导产生三种转化输出应用于多路传送操作。

最后输出的稳定行为（不含λs的任何信号调制）在OSA上被分析，动态行为（2.5GB/s信号的λs调制）通过过滤各种波长而被观察。

为了评估技术表现，我们不在第一阶段调制信号，而是使用衰减器控制总信号能量注入到半导体放大器中。

当输入信号能量很低时，极化铌酸锂波导的极化控制器被调节适用于使最终输出变低。

当输入信号能量增加时，它将引起极化铌酸锂波导泵浦循环到最适宜状态，导致最终转化信号能量的增加。

这种转变在Fig.7的多径传送操作中被描述。

值得注意的是，在被用于两个阶段之间的EDFA被操作在持续能量输出模式中，从而略微压制XGM效应。

当输入信号能量改变到20db是会达到一个9DB的全输出损耗比率。

相反，当输入信号能量很低时，极化铌酸锂波导泵浦极化控制器首先调节到提供最大转化输出，操作转化模式成功。

增加信号能量会引起极化铌酸锂波导泵浦极化循环离开它的最适宜状态。

因而导致转化效率的下降。

一个在两个阶段间的持续能量模式EDFA操作允许XGM像XopolM效应一样传播到下一个阶段。

由于他们彼此互相协助，一个发生在输入信号能量大于23DB的损耗的相同20DB能量变化可以被观测到。

Fig.8中的展示了在变化输入信号能量时的最终转化输出能量的试验观测变化。

半导体光学放大器的输出总探针能量也被反映出来衡量XGM效应。

可以清楚地看到，由于XGM和XpolM彼此互助的关系，转化模式下的输出变化戏剧性地提升了。

为了给计划的极化灵敏度分类，我们使用极化控制器改变输入到半导体光学放大器中的极化状态，每次改变极化时测量输出损耗率。

这些结果展现在Fig.9中，包含转化和非转化的体制流程，证明了一个小于1DB的极化灵敏度。

为了用实际数据证实我们的观念，我们用2.5Gb/s的虚假范围比特序列（PRBS）数据来调制半导体光学放大器泵浦。

我们实验的比特速率被半导体光学放大器的长载流子恢复时间限制。

这个限制也能在输出眼图表（Fig.10图表）中看到。

转化模式的独立极化表现多种多样，以BER曲线展现在Fig.10中。

通过最优化半导体光学放大器的行波探针和极化铌酸锂波导泵浦的极化状态，并使用一个带有高能诱导型双折射的半导体光学放大器，应该能达成损耗率的提高。

一个带有快速载流子恢复时间的半导体光学放大器能够进行高比特速率操作。

7 在高速非线性光纤的XpolM中说明极化铌酸锂波导泵浦的极化调制为了说明极化铌酸锂波导泵浦的极化调制没有被比特速率限制，我们在高速非线性光纤（HNLF），一种允许大带宽操作的光纤中，通过使用交互式极化调制来调制极化铌酸锂波导泵浦的极化状态。

HNLF的零点离散波长是1552nm，命令泵浦波长。

如在Fig.11所示，泵浦由一个使用额外调制器的10Gb/s的不归零开关（NRZ OOK)调制。

由于如同提供了极化铌酸锂波导泵浦，虚假波长被保持在1554.78nm。

在极化者的帮助下，虚假波长被导向在45°伴随着输入极化泵浦的反馈。

这最大化了虚假波长的交互极化调制。

在HNLF的输出中虚假波长被过滤出来，并通过EDFA放大，与另一个1550nm的行波（随便选择）复合，并发射到极化铌酸锂波导。

极化铌酸锂波导输出的转化波长被过滤，放大，指导使用一个光学接收器。