第8章非线性光学效应及应用

1、光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著1第第8章章 非线性光学效应及应用非线性光学效应及应用 8.1 非线性光学效应非线性光学效应 8.2 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器 8.3 光纤孤子通信光纤孤子通信 8.4 波长转换器波长转换器光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著28.1 非线性光学效应非线性光学效应 8.1.1 非线性光学效应非线性光学效应 8.1.2 几种光纤非线性光学效应几种光纤非线性光学效应光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著38.1.1 非线性光学效应非线性光学效应光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著4图图8.1.1 强电场引起非线性光学效应强电场引起非线性光学效应光子学与光电子学 原荣

2、邱琪 编著58.1.2 几种光纤非线性光学效应几种光纤非线性光学效应 在强电磁场的作用下，任何介质对光的响应都在强电磁场的作用下，任何介质对光的响应都是非线性的，光纤也不例外。是非线性的，光纤也不例外。SiO2本身虽不是本身虽不是强的非线性材料，但作为传输波导的光纤，其强的非线性材料，但作为传输波导的光纤，其纤芯的横截面积非常小，高功率密度光经过长纤芯的横截面积非常小，高功率密度光经过长距离的传输，光纤非线性效应就不可忽视了。距离的传输，光纤非线性效应就不可忽视了。 光纤非线性光学效应是光和光纤介质相互作用光纤非线性光学效应是光和光纤介质相互作用的一种物理效应，这种效应主要来源于介质材的一种物

3、理效应，这种效应主要来源于介质材料的三阶极化率料的三阶极化率 3； 与其相关的非线性效应主要有受激拉曼散射与其相关的非线性效应主要有受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（）、受激布里渊散射（SBS）、自相位）、自相位调制（调制（SPM）、交叉相位调制（）、交叉相位调制（XPM）和四）和四波混合（波混合（FWM），以及孤子（），以及孤子（Soliton）效应）效应等。等。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著61. 受激光散射受激光散射 拉曼散射和布里渊散射是非弹性散射，光波和拉曼散射和布里渊散射是非弹性散射，光波和介质相互作用时要交换能量。介质相互作用时要交换能量。 在高功率时，受激拉曼散射和受

4、激布里渊散射在高功率时，受激拉曼散射和受激布里渊散射都将导致大的光损耗。当入射光功率超过一定都将导致大的光损耗。当入射光功率超过一定阈值时，两种散射的光强都随入射光功率成指阈值时，两种散射的光强都随入射光功率成指数增加，差别是受激拉曼散射在单模光纤的后数增加，差别是受激拉曼散射在单模光纤的后向发生，而受受激布里渊散射则在前向发生。向发生，而受受激布里渊散射则在前向发生。 受激布里渊散射限制了注入光功率，特别是相受激布里渊散射限制了注入光功率，特别是相干光通信系统。干光通信系统。 利用受激拉曼散射和受激布里渊散射的特性，利用受激拉曼散射和受激布里渊散射的特性，把泵浦光的能量转换为光信号的能量，实

5、现信把泵浦光的能量转换为光信号的能量，实现信号光的放大。号光的放大。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著72. 非线性折射率调制效应非线性折射率调制效应（1）自相位调制（）自相位调制（SPM） 在讨论光纤模式时，认为在讨论光纤模式时，认为 SiO2 光纤的折射率与入射光光纤的折射率与入射光功率无关。在低功率情况下，可得到很好的近似结果。功率无关。在低功率情况下，可得到很好的近似结果。但在高功率情况下，必须考虑非线性效应的影响。但在高功率情况下，必须考虑非线性效应的影响。 由于非线性折射率效应，将会产生一个非线性相移。由于非线性折射率效应，将会产生一个非线性相移。对于强度调制直接检测系统，这种相

6、位移不会产生影对于强度调制直接检测系统，这种相位移不会产生影响，但在相干光纤通信系统中，相位的稳定性十分重响，但在相干光纤通信系统中，相位的稳定性十分重要要 。在相干光通信系统中，折射率对功率的依赖关系。在相干光通信系统中，折射率对功率的依赖关系将是限制系统的一个因素。将是限制系统的一个因素。 对于很窄的光脉冲，对于很窄的光脉冲，SPM可以减少色散引起的光脉冲可以减少色散引起的光脉冲展宽。在光纤没有损耗时，如选择光脉冲的峰值功率展宽。在光纤没有损耗时，如选择光脉冲的峰值功率与一阶光孤子的一致，光脉冲就可以保持它的幅度和与一阶光孤子的一致，光脉冲就可以保持它的幅度和形状而不会畸变。形状而不会畸变

7、。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著8（2）交叉相位调制（）交叉相位调制（XPM） 当两个或两个以上的信道使用不同的载频同时当两个或两个以上的信道使用不同的载频同时在光纤中传输时，折射率与光功率的依赖关系在光纤中传输时，折射率与光功率的依赖关系也可以导致也可以导致XPM。这样某一信道的非线性相位。这样某一信道的非线性相位移不仅与本信道的功率有关，而且与其他信道移不仅与本信道的功率有关，而且与其他信道的功率有关的功率有关 。 在数字通信系统中，某一信道的非线性相位移在数字通信系统中，某一信道的非线性相位移不仅与所有信道的功率有关，并且与信道码型不仅与所有信道的功率有关，并且与信道码型也有关，如果

8、假设所有信道具有相同的功率，也有关，如果假设所有信道具有相同的功率，则在所有信道都是则在所有信道都是“1”码的最坏情况下，码的最坏情况下，10个个信道的信道功率也被限制到低于信道的信道功率也被限制到低于1 mW。很显。很显然，然，XPM可能是一个主要的功率限制因素。可能是一个主要的功率限制因素。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著9（3）四波混频）四波混频及其对及其对 DWDM 系统的影响和系统的影响和对策对策 图图8.1.2 四波混频产生了新的频率分量四波混频产生了新的频率分量 ffwm= f 1 + f2 f3 石英光纤的三阶极化石英光纤的三阶极化 3率不为零，可以引起四波混频率不为零，可以

9、引起四波混频（FWM），如果有三个频率分别为），如果有三个频率分别为f 1 、 f2 、 f3 的光场同的光场同时在光纤中传输，时在光纤中传输， 3将会引起频率为将会引起频率为f4的第四个场的第四个场 f4= f 1 f2 f3 在多信道复用系统中，在多信道复用系统中，ffwm= f 1 + f2 f3组合最为不利，特别组合最为不利，特别是当信道间隔相当小的时候（约是当信道间隔相当小的时候（约1 GHz），相位匹配条件很），相位匹配条件很容易满足，有相当大的信道功率可能通过四波混频被转换容易满足，有相当大的信道功率可能通过四波混频被转换到到ffwm光场中。光场中。 光子学与光电子学 原荣 邱琪

10、 编著108.2 光纤拉曼放大器光纤拉曼放大器 EDFA只能工作在只能工作在1 5301 564 nm之间的之间的C 波段；波段； 光纤拉曼放大器可用于全波光纤工作窗口。光纤拉曼放大器可用于全波光纤工作窗口。 因为分布式拉曼放大器的增益频谱只由泵浦波因为分布式拉曼放大器的增益频谱只由泵浦波长决定，而与掺杂物的能级电平无关，所以只长决定，而与掺杂物的能级电平无关，所以只要泵浦波长适当，就可以在任意波长获得信号要泵浦波长适当，就可以在任意波长获得信号光的增益光的增益 光纤拉曼放大器已成功地应用于光纤拉曼放大器已成功地应用于DWDM系统系统和无中继海底光缆系统中。和无中继海底光缆系统中。光子学与光电

11、子学 原荣 邱琪 编著118.2.1 光纤拉曼放大器的工作原理光纤拉曼放大器的工作原理 增益介质：系统传输光纤；增益介质：系统传输光纤； 工作原理：工作原理：基于非线性光学效应，利用强泵浦光基于非线性光学效应，利用强泵浦光通过光纤传输时产生受激拉曼散射，使组成光纤通过光纤传输时产生受激拉曼散射，使组成光纤的硅分子振动和泵浦光之间发生相互作用，产生的硅分子振动和泵浦光之间发生相互作用，产生比泵浦光波长比泵浦光波长 P还长的散射光（斯托克斯光还长的散射光（斯托克斯光 P R ）。）。 该散射光与波长相同的信号光该散射光与波长相同的信号光 s 重叠，从而使弱重叠，从而使弱信号光放大，获得拉曼增益。信

12、号光放大，获得拉曼增益。 就石英玻璃而言，泵浦光波长与待放大信号光波就石英玻璃而言，泵浦光波长与待放大信号光波长之间的频率差大约为长之间的频率差大约为13 THz，在，在1.5 m波段，波段，由附录由附录G可知，它相当于约可知，它相当于约100 nm的波长差，即的波长差，即有有100 nm的增益带宽。的增益带宽。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著12分布式拉曼放大器分布式拉曼放大器（DRA）的的工作原理工作原理 采用拉曼放大时，放大波段只依赖于泵浦光的采用拉曼放大时，放大波段只依赖于泵浦光的波长，没有像波长，没有像EDFA那样的放大波段的限制。那样的放大波段的限制。从原理上讲，只要采用合适的

13、泵浦光波长，就从原理上讲，只要采用合适的泵浦光波长，就完全可以对任意输入光进行放大。完全可以对任意输入光进行放大。 分布式光纤拉曼放大器（分布式光纤拉曼放大器（DRA）采用强泵浦光）采用强泵浦光对传输光纤进行泵浦，可以采用前向泵浦，也对传输光纤进行泵浦，可以采用前向泵浦，也可以采用后向泵浦，因后向泵浦减小了泵浦光可以采用后向泵浦，因后向泵浦减小了泵浦光和信号光相互作用的长度，从而也就减小了泵和信号光相互作用的长度，从而也就减小了泵浦噪声对信号的影响，所以通常采用后向泵浦。浦噪声对信号的影响，所以通常采用后向泵浦。图图8.2.1为采用前向泵浦的分布式光纤拉曼放大为采用前向泵浦的分布式光纤拉曼放大

14、器的构成和能级图。器的构成和能级图。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著13 如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输， 并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内，并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内， 产生比泵浦光波长还长的散射光（斯托克斯光）。该散射光产生比泵浦光波长还长的散射光（斯托克斯光）。该散射光与波长相同的信号光重叠，从而使弱信号光放大，获得拉曼与波长相同的信号光重叠，从而使弱信号光放大，获得拉曼增益。增益。 图图8.2.1 分布式拉曼放大器的工作原理分布式拉曼放大器的工作原理光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著14

15、受激拉曼散射受激拉曼散射 (SRS)本质上本质上与受激光发射与受激光发射(SOA)不同不同 在受激发射中，入射光子激发另一个相同的光在受激发射中，入射光子激发另一个相同的光子发射而没有损失它自己的能量；子发射而没有损失它自己的能量； 但在但在SRS中，入射泵浦光子放弃了它自己的能中，入射泵浦光子放弃了它自己的能量，产生了另一个较低能量（较长波长）的光量，产生了另一个较低能量（较长波长）的光子。子。 与与SOA电泵浦不同，电泵浦不同，SRS必须光泵浦，也不要必须光泵浦，也不要求粒子数反转。事实上，求粒子数反转。事实上，SRS是一种非谐振非是一种非谐振非线性现象，它不要求粒子数在能级间转移。线性现

16、象，它不要求粒子数在能级间转移。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著15 a）介质受激拉曼散射放大信号光的能级图介质受激拉曼散射放大信号光的能级图 泵浦光和信号光的频率差称为斯托克斯（泵浦光和信号光的频率差称为斯托克斯（Stokes）频差）频差 在在SRS过程中扮演着重要的角色。由分子振动能级确定的过程中扮演着重要的角色。由分子振动能级确定的 值决定了发生值决定了发生SRS的频率（或波长）范围。的频率（或波长）范围。 幸好，由于玻璃的非结晶性，硅分子的振动能级汇合在一起就构成了一个能带，幸好，由于玻璃的非结晶性，硅分子的振动能级汇合在一起就构成了一个能带，如图如图8.2.2（a）所示，其结果是信

17、号光在很宽的频率范围内（约）所示，其结果是信号光在很宽的频率范围内（约20 THz），通），通过过SRS仍可获得放大。仍可获得放大。 8.2.2 拉曼增益拉曼增益和带宽和带宽RpsR光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著16图图8.2.2b 受激拉曼散射能级和受激拉曼散射能级和拉曼放大增益频谱拉曼放大增益频谱 b) 测量到的拉测量到的拉曼增益系数频曼增益系数频谱谱 增益带宽可以增益带宽可以达到约达到约8 THz。光纤拉曼放大光纤拉曼放大器相当大的带器相当大的带宽使它们在光宽使它们在光纤通信应用中纤通信应用中具有极大的吸具有极大的吸引力。引力。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著17 图图8.2.3

18、小信号光在长光纤内的拉曼增益小信号光在长光纤内的拉曼增益 由图可见，由图可见，又一次实验又一次实验证明，信号证明，信号光和泵浦光光和泵浦光的频率差为的频率差为13.2 THz时，时，拉曼增益达拉曼增益达到最大到最大 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著188.2.3 放大倍放大倍数和增数和增益饱和益饱和 图图8.2.4表示测量到的光纤拉曼放大增益或放大倍数与泵表示测量到的光纤拉曼放大增益或放大倍数与泵浦功率的关系，该实验使用的光纤拉曼放大器长浦功率的关系，该实验使用的光纤拉曼放大器长1.3 km，泵浦光波长和信号光波长图中已标出。放大倍数开始随泵浦光波长和信号光波长图中已标出。放大倍数开始随泵浦

19、光指数增加，但是当泵浦功率大于泵浦光指数增加，但是当泵浦功率大于1W时，因为增时，因为增益饱和，开始偏离指数规律。益饱和，开始偏离指数规律。 由图可见，实验结果和按式（由图可见，实验结果和按式（8.2.3）和式（）和式（8.2.4）的计）的计算值符合得很好，算值符合得很好，1.5 W的泵浦功率可以获得的泵浦功率可以获得30 dB的增的增益。益。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著198.2.4 噪声指数噪声指数光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著208.2.5 多波长泵浦增益带宽多波长泵浦增益带宽 增益波长由泵浦光波长决定，选择适当增益波长由泵浦光波长决定，选择适当的泵浦光波长，可得到任意波长的

20、光信的泵浦光波长，可得到任意波长的光信号放大。号放大。 分布式光纤拉曼放大器的增益频谱是每分布式光纤拉曼放大器的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加的结果，所以它是由泵浦光波长的数加的结果，所以它是由泵浦光波长的数量和种类决定的。量和种类决定的。 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著21该图表示该图表示6个个泵浦波长单独泵浦波长单独泵浦时，产生泵浦时，产生的增益频谱和的增益频谱和总的增益频谱总的增益频谱曲线。曲线。由图可见，当由图可见，当泵浦光波长逐泵浦光波长逐渐向长波长方渐向长波长方向移动时，增向移动时，增益曲线峰值也益曲线峰值也逐渐向长波长逐渐向

21、长波长方向移动。方向移动。图图8.2.5 多波长泵浦增益频谱多波长泵浦增益频谱1 14 48 80 01 15 52 20 01 15 56 60 01 16 60 00 01 16 64 40 00 05 51 10 01 15 52 20 02 25 5增增益益( (d dB B) )波波长长（n nm m）喇喇曼曼总总增增益益是是各各泵泵浦浦波波长长光光产产生生的的增增益益之之和和1464nm1402nm1423nm1443nm1495nm泵浦产生的增益总总增增益益光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著22可以采用前向泵浦可以采用前向泵浦, ,也可以采用后向泵浦，因也可以采用后向泵浦，因后向

22、泵浦后向泵浦减小了泵浦光和信号光相互作用的长度，从而也就减小减小了泵浦光和信号光相互作用的长度，从而也就减小了了泵浦噪声对泵浦噪声对信号的影响，所以通常采用后向泵浦信号的影响，所以通常采用后向泵浦。光纤分布式喇曼放大器（光纤分布式喇曼放大器（DRA）构成）构成-后向泵浦后向泵浦W WD DM M传传输输光光纤纤信信号号光光泵泵浦浦光光光光复复用用器器泵泵浦浦光光增增益益平平坦坦滤滤波波器器入入1 1入入2 2光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著238.2.6 光纤拉曼放大（光纤拉曼放大（DRA）技术应用）技术应用由于由于DRA采用分布光纤增益放大技术，其噪声系数明显比传采用分布光纤增益放大技术，

23、其噪声系数明显比传统的光纤拉曼放大器小。因此，统的光纤拉曼放大器小。因此，DRA与与EDFA的组合使用，的组合使用，可明显地提高长距离光纤通信系统的总增益，降低系统的总可明显地提高长距离光纤通信系统的总增益，降低系统的总噪声，提高系统的噪声，提高系统的Q值，从而可以扩大系统所能传输的最远值，从而可以扩大系统所能传输的最远距离。距离。由于由于DRA与与EDFA的组合使用，扩大了系统传输的距离，从的组合使用，扩大了系统传输的距离，从而减少了均衡、再生和定时功能（而减少了均衡、再生和定时功能（3R）中继器的使用数量，）中继器的使用数量，降低了系统的成本，可获得更大的商业利润。降低了系统的成本，可获得

24、更大的商业利润。DRA也是提升现有的光纤线路到也是提升现有的光纤线路到40 Gb/s和和100 Gb/s的关键器的关键器件。件。 由于使用由于使用DRA减小了入射信号的光功率，降低了光纤非线性减小了入射信号的光功率，降低了光纤非线性的影响，从而避免了四波混频效应的影响，可使的影响，从而避免了四波混频效应的影响，可使DWDM系系统的信道间距减小，相当于扩大了系统的带宽容量。另外，统的信道间距减小，相当于扩大了系统的带宽容量。另外，由于四波混频效应影响的减小，允许使用靠近光纤的零色散由于四波混频效应影响的减小，允许使用靠近光纤的零色散点窗口，光纤的可用窗口也扩大了。点窗口，光纤的可用窗口也扩大了。

25、 光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著24图图8.2.6 光功率在分布式光纤拉曼放大光功率在分布式光纤拉曼放大传输光纤中的分布传输光纤中的分布 由图可见，在光纤的后半段，信号光功率电平已足够由图可见，在光纤的后半段，信号光功率电平已足够低，所以不会产生光纤的非线性影响。低，所以不会产生光纤的非线性影响。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著258.3 光纤孤子通信光纤孤子通信 光纤孤子通信系统是又一个光纤非线性应用的光纤孤子通信系统是又一个光纤非线性应用的典型事例。典型事例。 孤子（孤子（soliton）被用来描述在非线性介质中脉）被用来描述在非线性介质中脉冲包络像粒子的特性，在一定的条件下，该包冲

26、包络像粒子的特性，在一定的条件下，该包络不仅无畸变的传输，而且存在着像粒子那样络不仅无畸变的传输，而且存在着像粒子那样的碰撞特性。的碰撞特性。 光纤中也存在孤子，光孤子是一种特别的波，光纤中也存在孤子，光孤子是一种特别的波，它可以传输很长的距离而不变形，而且即使两它可以传输很长的距离而不变形，而且即使两列光孤子波相互碰撞后，依然保持各自原来的列光孤子波相互碰撞后，依然保持各自原来的形状不变。形状不变。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著268.3.1 基本概念基本概念 光纤孤子的存在是光纤群速度色散（光纤孤子的存在是光纤群速度色散（GVD）和自相）和自相位调制（位调制（SPM）平衡的结果。大家知

27、道群速度色散）平衡的结果。大家知道群速度色散和自相位调制单独作用于光纤传输的光脉冲时均限和自相位调制单独作用于光纤传输的光脉冲时均限制光纤通信系统的性能。制光纤通信系统的性能。 群速度色散使传输波形展宽，而自相位调制则使波群速度色散使传输波形展宽，而自相位调制则使波形中较高频率分量不断累积，使波形变陡。若将这形中较高频率分量不断累积，使波形变陡。若将这两种对立因素结合在一起，相互平衡就有可能保特两种对立因素结合在一起，相互平衡就有可能保特波形稳定不变。波形稳定不变。 光孤子现象就是利用随光强而变化的自相位调制特光孤子现象就是利用随光强而变化的自相位调制特性来补偿光纤中的群速度色散，从而使光脉冲

28、波形性来补偿光纤中的群速度色散，从而使光脉冲波形在传输过程中始终维特不变。光纤传输损耗则由光在传输过程中始终维特不变。光纤传输损耗则由光纤放大器的增益来补偿，这样就可能使光脉冲经过纤放大器的增益来补偿，这样就可能使光脉冲经过长距离传输后仍然维持波形的幅度和波形不变，形长距离传输后仍然维持波形的幅度和波形不变，形成所谓的成所谓的“光孤子光孤子”。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著27图图8.3.1 光孤子通信系统构成框图光孤子通信系统构成框图 孤子源是一个光孤子激光器，用来发射光孤子。调制器用孤子源是一个光孤子激光器，用来发射光孤子。调制器用来对光孤子进行编码，使之承载信息。孤子放大传输线路，来

29、对光孤子进行编码，使之承载信息。孤子放大传输线路，包括传输光孤子的色散移位光纤和周期性地放大孤子的光包括传输光孤子的色散移位光纤和周期性地放大孤子的光纤放大器。探测器对光孤子进行探测。除此之外，还有光纤放大器。探测器对光孤子进行探测。除此之外，还有光隔离器、超高速光电子集成电子线路等。隔离器、超高速光电子集成电子线路等。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著28光孤子通信系统的工作原理光孤子通信系统的工作原理 光孤子源产生一列脉冲很窄，占空比又很大的光孤子源产生一列脉冲很窄，占空比又很大的光脉冲，即孤子序列，作为信息的载子进入光光脉冲，即孤子序列，作为信息的载子进入光调制器。调制器。 信息通过光调

30、制器对孤子调制，使之承载。被信息通过光调制器对孤子调制，使之承载。被调制后的孤子流经掺铒光纤放大器放大后耦合调制后的孤子流经掺铒光纤放大器放大后耦合进入传输光纤。进入传输光纤。 为了克服光纤损耗引起的孤子展宽，在光纤线为了克服光纤损耗引起的孤子展宽，在光纤线路上周期性地插入光纤放大器，向光孤子注入路上周期性地插入光纤放大器，向光孤子注入能量以补偿因光纤损耗引起的能量消耗，确保能量以补偿因光纤损耗引起的能量消耗，确保光孤子稳定的传输。光孤子稳定的传输。 在接收端，通过光探测器和解调装置，使孤子在接收端，通过光探测器和解调装置，使孤子承载的信息重现。承载的信息重现。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编

31、著29图图8.3.2 光孤子在长距离光纤线路上传输的波形光孤子在长距离光纤线路上传输的波形时间距离( ns )( km )05 000 光孤子在光孤子在5 000 km距离上传输的波形。假定光纤损耗距离上传输的波形。假定光纤损耗0.2 dB/km，光孤子每，光孤子每100 km被的被的EDFA放大一次，正好补偿放大一次，正好补偿了了100 km光纤上光纤上20 dB的损耗。尽管经过的损耗。尽管经过50级级EDFA放大，放大，光孤子形状也保特得相当好。光孤子形状也保特得相当好。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著308.4 波长转换器波长转换器 在在WDM网络中，复用的波长数目决定了信道的数网络中

32、，复用的波长数目决定了信道的数量。在光纤的量。在光纤的1.55 m窗口，理论上可容纳的信道窗口，理论上可容纳的信道数目很大，然而受诸多因素的限制，可用的波长数数目很大，然而受诸多因素的限制，可用的波长数仍然有限，不足以支持大量节点的应用。仍然有限，不足以支持大量节点的应用。 在这种情况下，当波长相同的两个信道选通同一输在这种情况下，当波长相同的两个信道选通同一输出端时，由于波长争用而出现阻塞。克服这些限制出端时，由于波长争用而出现阻塞。克服这些限制的一种方法是把信号从一个波长转换到另一个波长，的一种方法是把信号从一个波长转换到另一个波长，这就是波长转换（这就是波长转换（Wavelength C

33、onversion）。）。 波长转换的优点是节约资源（光纤、节点规模和波波长转换的优点是节约资源（光纤、节点规模和波长）、简化网络管理并降低网络互连的复杂性。长）、简化网络管理并降低网络互连的复杂性。 波长转换的基理可以分为光波长转换的基理可以分为光-电电-光再生型、增益饱光再生型、增益饱和型、相位调制型和四波混合型和型、相位调制型和四波混合型 。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著31（a）光光-电电-光光再生波长再生波长转换转换 接收机首先把波长为接收机首先把波长为 1的输入信号转换为电信号，的输入信号转换为电信号，然后用该电信号直接调制另一个然后用该电信号直接调制另一个LD或外调制器，或外

34、调制器，产生所需要波长的光信号。这种方法很容易实现，产生所需要波长的光信号。这种方法很容易实现，因为它使用普通的器件。因为它使用普通的器件。 其优点是与偏振无关并可以滤除噪声，其缺点是其优点是与偏振无关并可以滤除噪声，其缺点是对比特速率和数据格式不透明，速度由电子器件对比特速率和数据格式不透明，速度由电子器件所限制，成本较高。所限制，成本较高。光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著32 （b）SOA增益饱和增益饱和波长转换波长转换 波长为波长为 1的输入信号与波长为的输入信号与波长为 2（需转换到的目的波长）（需转换到的目的波长）的连续光同时耦合进的连续光同时耦合进SOA，两种光都使，两种光都使SOA饱和。正因饱和。正因为为SOA处于饱和工作状态，处于饱和工作状态， 2连续光对连续光对“0”码的放大量码的