Như đã mô tả ở phần trên, hiệu suất của thiết bị chuyển đổi bước sóng mà sử dụng hiệu ứng quang phi tuyến thứ hai cải thiện tỉ lệ tương ứng bình phương chiều dài ống dẫn sóng. Do đó, kĩ thuật chế tạo chiều dài ống dẫn sóng là rất quan trọng làm tăng hiệu suất của thiết bị chuyển đổi.Nếu chỉ số khúc xạ thay đổi hơn tổng chiều dài, sau đó bước sóng QPM thay đổi dọc theo ống dẫn sóng và hiệu ứng ống dẫn sóng dài không thu được hoàn toàn. Gần đây chúng tôi đã chế tạo ống dẫn sóng dài 5 cm mà sử dụng nền pha tạp LiNbO3 và hiệu suất SHG 1300%/W cải thiện bằng cách thay đổi nhiệt độ trong suốt quá trình giữ và thay đổi photon.
Thực hiện chuyển đổi bước sóng của tín hiệu WDM 6 kênh 40Gb/s. Hình 3.33 biểu diễn hình ảnh phổ ngoài. Băng tần tín hiệu C trên 6 kênh sẽ đông thời chuyển đổi thành băng tần L. Điều này đạt được bằng cách sử dụng ống dẫn sóng dài 5cm được bơm với
chùm sáng CW sinh ra bởi LD 1.55µm sử dụng bộ khuyếch đại pha tạp sợi erbium
(EDFA). Tín hiệu quang vào, quan sát lấy mẫu của ánh sáng đã chuyển đổi và tốc độ lỗi bit trước và sau đó bước sóng chuyển đổi được biểu diễn trong hình 3.34. Không có suy giảm dạng sóng sau khi chuyển đổi bước sóng trong thiết bị này. Hơn nữa, công suất phạt là 0.3 dB, khi mà chỉ vừa trong giới hạn đo lường, xác định nhiễu được đưa vào chuyển đổi bước sóng là không đáng kể. Khả năng chuyển đổi bước sóng của các tín hiệu độc lập tốc độ cao của dạng điều biến và không có suy giảm tín hiệu là điểm đặc biệt của thiết bị này. Trong trường hợp này, độ rộng băng tần của bước sóng tín hiệu quang ngoài 60nm, như được mô tả trong phần trên, vì vậy để WDM với khoảng 100GHz (khoảng 0.8nm), ví dụ, 36 kênh bước sóng ánh sáng tín hiệu có thể được chuyển đổi trong một nhóm. Điều này có nghĩa là dung lượng tín hiệu lớn 1.4Tbit/s có thể điều khiển một thiết bị riêng với tốc độ tín hiệu 40Gbit/s trên một kênh.
Hình 3.33 Phổ cho chuyển đổi đa bước sóng
Hình 3.34 Các thông số chuyển đổi bước sóng đối với tín hiệu 40 Gbit/s
Tiếp theo, chúng ta mô tả điện trở của thiết bị giảm độ khúc xạ quang. Khi ánh sáng công suất cao được bơm vào tinh thể phi tuyến thứ hai như LN, chỉ số khúc xạ thay đổi vì hiệu ứng khúc xạ quang. Nguyên nhân chính của hiệu ứng này là sóng mang bị kích thích từ độ hụt trong tinh thể. Bởi vì hiệu ứng khúc xạ quang là nguyên nhân làm độ hụt chùm sáng trong tinh thể tăng với số lượng lớn, điều này cũng được coi như giảm độ khúc xạ quang. Giam hãm quang trong thiết bị dẫn sóng phụ thuộc vào cấu trúc ống dẫn sóng, vì vậy không có sự thay đổi rất lớn trong chỉ số khúc xạ, tia sáng biến dạng không phù hợp được tìm thấy trong ống dẫn sóng. Tuy nhiên, nếu không có sự thay đổi chỉ số khúc xạ trong thiết bị QPM, điều kiện thay đổi QPM thu dược theo phương trình 1, mà chỉ số này thay đổi làm tăng số bước sóng trong QPM. Trong chuyển đổi bước sóng trong DFG, băng tần bước sóng bơm là tương đối thấp, như hình 2.31, vì vậy mà thay đổi bước sóng trong QPM có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi. Thiết bị mà không pha tạp LiNbO3 phải hoạt động gần nhiệt độ 100 C để tránh thay đổi bước sóng gây giảm khúc xạ quang. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã phát triển một thiết bị mà sử dung nền LN pha tạp Mg hoặc Zn cho phép hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn và thu được hiệu suất chuyển đổi cao hơn khi sử dụng công suất bơm cao. Pha tạp chất nền Ln với Mg hoặc Zn để tăng điện trở độ thiệt hại khúc xạ quang bằng cách bù sóng mang được tạo bởi độ hụt, Bằng cách sở dụng Ln pha tạp Zn, các ống dẫn sóng được chế tạo với hiệu suất chuyển đổi 450%/W.
Để đánh giá điện trở độ thiệt hại khúc xạ quang, chúng tôi đã đo sự thay đổi trong bước sóng QPM khi mà một ánh sáng bước sóng ngắn gần giống với bước sóng bơm được tiêm vào. Hình 3.35 thiết lập thí nghiệm này. Khi dải băng rộng được khuyếch đại được phát ra từ EDFA được bơm vào thiết bị QPM-LN, chỉ các thành phần bước sóng mà phù hợp với bước sóng QPM mới được chuyển đổi bởi SHG. Do đó để quan sát
tức đo được đường cong QPM như trong hình 3.32(b). Thời gian thay đổi bước sóng QPM có thể đo bằng máy giám sát hình ảnh phổ SH trong một khoảng thời gian không đổi khi tiêm chùm sáng 784 nm, đây là sự khác nhau không đáng kể từ bước sóng QPM. Thời gian thay đổi trong bước sóng QPM được biểu diễn như hình 3.36(a). Trong trường hợp này, một ánh sáng bơm 20 mW sẽ được phun tại nhiệt độ phòng. Thiết bị không pha tạp được thí nghiệm một bước sóng rất lớn thay đổi 0.3 nm tại nhiệt độ phòng. Nhưng khi một chất nền LN pha tạp Zn được sử dụng, thay đổi này giảm tới 0.1 nm. Tuy nhiên thay đổi 1 nm trong bước sóng là không đủ nhỏ khi liên quan tới độ rộng băng tần bước sóng bơm. Do đó,việc nghiên cứu tập trung chính vào những đặc điểm của chúng tại nhiệt độ cao. Sự thay đổi bươc sóng QPM phụ thuộc vào nhiệt độ như hình 3.36 (b). Tuy vậy, sự thay đổi này sẽ giảm khi mà nhiệt độ thiết bị tăng, nó cũng không thể loại trừ ra sự thay đổi bước sóng trong thiết bị không pha tạp thậm chí ở 90°
C. Với thiết bị sử dụng chất nền pha tạp Zn, bằng nhiều cách, nó có thể loại trừ sự thay
đổi này hoàn toàn tại 60° C. Sử dụng chất nền LN pha tạp cải thiện được điện trở để
chống lại độ thiệt hại khúc xạ quang và cho phép hoạt động tại nhiệt độ thích hợp hơn.
Hình 3.35 Thí nghiệm thiết lập để đo lường tổn thất quang
Hình 3.36 Thay đổi trong bước sóng QPM do độ thiệt hại quang
Với tiến trình DFG, nếu công suất bơm là tăng cho đến khi cường độ của tín hiệu đã chuyển đổi gần giống cường độ tín hiệu, DFG từ ánh sáng chuyển đổi đến ánh sáng tín hiệu xảy ra tai cùng thời điểm. Kết quả là, sự khuyếch đại tham số của tín hiệu và tín hiệu chuyển đổi là có thể thực hiện được. Để xác thực hoạt động này, dùng dòng bơm mạnh sử dụng dãy xung ps. Để đơn giản, đồng bộ những xung này, một ánh sáng nguồn
1.55µm sử dụng cả ánh sáng bơm và ánh sáng tín hiệu. Chuyển mạch độ khuyếch đại
với DFB-LN được sử dụng để sinh ra chùm ánh sáng tín hiệu và ánh sáng bơm với độ rộng xung 5 và 13ps, được tách biệt ra. Những loạt xung này được khuyếch đại với EDFA, thời gian của chúng được điều chỉnh lại để tăng thêm nhiệt độ, sau đó chúng được tiêm vào thiết bị QPM-LN. Thiết bị mà sử dụng trong thí nghiệm có chiều dài 10nm.
Hình 3.38 biểu diễn hình ảnh phổ ngoài ứng với nhiều công suất bơm vào. Tại cường độ bơm mà cung cấp đủ lớn tín hiệu chuyển đổi, cả tín hiệu và tín hiệu chuyển đổi được khuyếch đại trên mức tín hiệu vào. Hình 3.37 (b) biểu diễn cường độ tín hiệu ra của tín hiệu và tín hiệu chuyển đổi với các hàm của công suất bơm với thiết bị sử dụng không pha tạp và LN pha tạp Zn. Trong vùng mà công suất bơm là tương đối nhỏ, tín hiệu đã chuyển đổi tăng tương ứng với bình phương của công suất bơm. Khi mà cường độ tín hiệu chuyển đổi trong phạm vi có các mức giống với tín hiệu vào, cả tín hiệu và tín hiệu chuyển đổi cùng được khuyếch đại.
Như hình 3.37(b), sự khuyếch đại các tham số với độ khuyếch đại 12 dB đã thu được trong thiết bị với chất nền LN pha tạp Zn. Hình này cũng biểu diễn khi mà thiết bị với chất nền LN không pha tạp hoạt động tại cùng một nhiệt độ, bước sóng QPM được thay đổi theo hiệu ứng phi tuyến quang và độ khuyếch đại cần là không thu được. Do đó thiết bị sử dụng chất nền LN pha tạp cung cấp điện trở cao chống lại độ thiệt hại khúc xạ ánh sáng, có thể thu được hiệu suất chuyển đổi bước sóng không sinh ra SNR(tỉ số tín hiệu trên nhiễu)