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全光波转换技术 摘要 目前实现全光波长转换主要有两种技术，一是基于光混频的波长转换，二是基于半导体光放大器（SOA）的波长转换，这两种技术均诞生于十年前。前者利用非线性介质实现波长转换，具有低噪声、高速率、低损耗等优点，但要求介质具有较高的非线性，并且器件体积较为庞大。相比之下，基于SOA的波长转换器结构紧凑、易于集成，但噪声较大，并且实现高速运行需要特殊设计。而在SOA中实现基于光混频的波长转换，可以将这两种技术有机地结合起来。光混频半导体光放大器非线性Abstract At present all-optical wavelength conversion are mainly two kinds of techniques, one based on light-mixing wavelength conversion, the second is based on semiconductor optical amplifier (SOA), wavelength conversion, these two techniques were born a decade ago. The former use of non-linear medium to achieve wavelength conversion, with low noise, high-speed, low loss, etc., but requested that media has a high non-linear, and the relatively large size of the device. In contrast, SOA-based wavelength converter compact and easy to integrate, but noisy, and the need for special design to achieve high-speed operation. To achieve in the SOA wavelength converter based on optical mixing, these two technologies can be organically combined.  Keywords: all-optical wavelength, optical mixing, semiconductor optical amplifiers, nonlinear 绪论 目前，波分复用光网络通过光-电-光转换实现波长转换，即先将光信号转换成电信号，然后利用电信号驱动激光器产生需要的波长。光放大器的巨大成功使得这一波长转换技术的缺点暴露无疑，因此过去十多年来，科学家们一直致力于开发用于下一代光网络的全光波长转换器。 多年来，尽管波长转换技术已经取得了很大进步，但仍然没有走向实用化，这是因为目前的技术并没有融入一个实用化的器件，同时下一代光网络的需求仍在不断变化。下一代光网络要求将波长转换技术、光再生技术和光交换技术融合在一起，而高速光网络可能还需要融合光分组交换技术和光突发交换技术。 全光波长转换技术的速率需求 对更高网络容量的需求推动着全光波长转换技术的进步。对于10Gbit/s的速率，光-电-光波长转换技术可以很好地胜任。虽然光-电-光波长转换器包括接收机和发射机，但技术上的长足的进步，已经使光-电-光波长转换器不但比复杂的全光波长转换器具有价格优势，而且更加简捷、直观。 但对于40Gbit/s的速率，光子技术无疑是电子技术最强有力的竞争对手，对于更高速率的光网络，市场开始青睐于光子技术。美国南加州大学的Alan Willner表示：“对于100Gbit/s甚至速率更高的网络而言，利用电子技术实现波长转换将变得相当困难。” 全光波长转换则意味着高速率，目前实验室中的全光波长转换速率已经达到了惊人的320Gbit/s。 全光波长转换技术的基本原理全光波长转换的四种主要机制包括非线性材料中的参量转换、SOA中的参量混频、SOA中的交叉增益调制和交叉相位调制。 参量波长转换利用强泵浦光与输入信号光产生新的波长。在四波混频中，两个泵浦光子湮灭，同时产生一个信号光子和一个闲频光子。三波混频则以差频方式产生一个新的波长，然后通过滤波器提取出新的波长（见图1）。 图1 提取出新的波长四波混频波长转换器利用输入信号光和连续的泵浦光，通过非线性效应将信号转换到新的波长，然后利用滤波器将泵浦光和输入信号光滤掉，从而实现波长转换基于SOA的波长转换在非线性材料中实现高效的参量波长转换，要求材料必须具有很高的非线性系数，如铌酸锂、高非线性光纤、经过特殊设计的光子晶体光纤等。非线性材料通常不产生