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(1) 信号传输波导
利用光纤的宽带宽、1550nm波长附近的低损耗特性,借助EDFA补偿损耗,以及借助各种补偿技术补偿色散,在实验上已达到单信道10Gb/s到20Gb/s或复用100Gb/s的传输速率,光放大器间距达到100km。最近,RZ码光孤子WDM通信在实验上已实现跨洋距离传输,令人注目。无论是线性传输或是准孤子传输,通过WDM/OTDM复用技术、其速率均已达到 1Tb/s的水平, 未来Tb/s速率的光通信中用现行光纤作为信号传输波导已无技术障碍。
(2) 光纤光子器件
A 光纤光子源 光纤激光器是一种新兴光子源,以其真正的全固体化、高效率、高可靠性的实用性前景受到普遍重视,各种掺杂的增益光纤激光器已实现450nm~3500nm波长的振荡。利用光纤光栅作反射器的直腔和环行腔多波长、窄线宽、可调谐的全光纤激光器相继出现。近几年来重点集中在锁模掺Er光纤激光器(MLEDFL)方面,现在已做到重复频率100kHz~20GHz,脉宽10~0.1ps的激光脉冲输出。利用光纤非线性效应的全光纤超连续谱(SC)变换已产生200nm的平坦光谱带宽,通过光学带通滤波器(BPF)可获得亚ps~10ps任何脉宽的近变换限(TL)脉冲,这种SC光子源具有广泛用途。例如,用作超大容量WDM/OTDM光通信光源时,其总容量可达25Tb/s,是一个“用之不竭”的信息宝库。小试即露锋芒,已实现1Tb/s•100km的无误码传输。另外利用光纤的啁啾—色散效应和高阶孤子效应压缩脉冲宽度,已成为获得飞秒光脉冲的重要手段之一。
低速率MLEDFL输出,可经啁啾脉冲放大(CPA)获得nJ~μJ级的亚能量型超短光脉冲,多应用于光频变换技术,产生中红外波段宽范围可调谐输出,这种光子源做成便携式光谱仪检测器,在科学、工业、环境乃至民用领域具有十分重要的应用价值。
此外,还有光纤喇曼激光放大器(FRA)和光纤布里渊激光器(FBA),它们分别是光纤中受激喇曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)效应导致的重要应用。其结构简单,易于全光纤化,前者有很宽的可调谐范围(~10THz);后者具有高增益、低阈值、窄线宽的特性。连同EDFA, RFA和BFA各种放大器所构成的全光纤系统,因为具有有源纤—传输纤兼容的特色,从而体现出光纤光子器件的优越性。
B 光子开关 光子开关的内容包括:SPM自光开关、XPM(含FWM)全光逻辑门、XPM致光纤锁模激光器作时钟恢复、时钟提取、OTDM解复用器、XPM或FWM致全光波长转换器和OTDM-WDM转换器等,这些都是未来高速光通信网中的关键器件。这方面已取得许多成果,一个例证是用300m长的PMF实现了500Gb/s速率、亚皮秒脉宽的OTDM解复用(全光与门)。至今,基于三阶非线性效应的介质主要有单模光纤和行波半导体放大器(TW-SLA)两种。其中光纤具有更快的速率潜力。其他用到光纤的无源器件,诸如耦合器,偏振器,延时器,光纤光栅,各种光纤干涉仪和声光、电光调制器等都已商品化,并大量应用到光子源、光子开关器件和光纤系统中,不作赘述。
C 光纤传感器 光学传感是感测技术的重要分支,而光纤分布传感又是光传感技术发展中最具应用价值的新技术,它可以感测沿光纤长度上的温度和应力等参数。例如,感测大型运载器表面的温度、应力分布的变化,使之成为一张智能“皮蒙”,从而达到现场实时监测的目的。
从光子学与电子学发展的比较中(电子→电子器件→电子线路→电子集成 →电子系统及光子→光子器件→光子线路→光子集成→光子系统),不难看出,二者有惊人的相似之处。现在诸多光子器件与光子线路正被用于智能控制的目的,这显然是高科技施惠实际应用的又一典型例证。借助这种光纤本身的光学特性(对光波信号的衰减、散射等变化)与温度和应力的关联关系,再通过光的时域反射(OTDR)方法和透射方法,作成分布传感系统,这方面的应用需求很多,研究成果不断涌现,有的已付诸实用。有人预计,下个世纪的光传感市场将与光通信市场持衡,并逐渐超过后者。
3, 全光纤集成
目前,大量的全光纤光子器件、光子线路正在源源不断地被开拓出来,因此,人们自然要想到全光纤光子集成问题。近来,已有一些全光纤光子集成的新构思,即将各种或多个光纤器件集成于一根细小的光纤之中,使之成为具有完整功能的全光纤光子集成系统。例如已提出并正在研制之中的全光纤波分复用通信光子集成系统,就是将光纤激光器、放大器和上/下分插解调器等诸多全光纤光子器件集成在一根光纤中,完成多路超高速光信息的发生、发射、传输、中继与分插接收等全部通信功能。另外,国外还有将数百个光纤激光器集成于一根几十个厘米的光纤之中的设计,并正在研制之中。显然,这是在传统集成光学概念之外又开拓出来的一条光子集成新路线。
光纤光子学的一个主要应用领域是光纤通信。光通信是本世纪在科技领域中最伟大的成就之一,并因此而形成了一门重要的光子技术—光纤通信技术。 |
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