基于TiN/Ti3C2异质结构微光纤的高效全光波长转换技术及其10 Gbps数字信号传输应用

为解决波分复用(WDM)网络中波长竞争导致的信号阻塞问题，研究人员通过构建TiN/Ti3C2异质结构微光纤与高非线性光纤(HNLF)的串联结构，实现了偏振不敏感的四波混频(FWM)全光波长转换。该结构在20 dBm泵浦功率下获得-21.929 dB的创纪录转换效率，较单一HNLF提升4.243 dB，并成功实现10 Gbps NRZ数字信号传输。这项研究为高速多节点光通信网络提供了高效可靠的波长转换解决方案。

　　

在光通信技术飞速发展的今天，波分复用(WDM)系统通过单根光纤传输多波长信号，极大提升了传输容量。然而，当两个信道需要同时使用相同波长时，就会引发"波长竞争"问题，造成信号阻塞。传统解决方案依赖光电转换技术，但电子器件的处理速度已成为瓶颈。全光波长转换(AOWC)技术应运而生，它直接在光域内通过非线性效应实现波长重分配，无需光电转换。其中，四波混频(FWM)因其对调制格式完全透明的特性备受关注，但现有转换器普遍存在效率低、需要长距离非线性光纤等问题。

为解决这些挑战，深圳大学的研究团队创新性地将二维材料TiN/Ti₃C₂异质结构与高非线性光纤(HNLF)结合，开发出新型全光波长转换器。这项发表在《Optics》的研究，通过实验验证了该结构在数字信号传输中的卓越性能。

研究团队采用三项关键技术：1) 构建TiN/Ti₃C₂异质结构微光纤，增强非线性克尔效应；2) 与HNLF形成串联结构优化相位匹配；3) 采用10 Gbps非归零码(NRZ)数字信号验证系统性能。通过精确控制泵浦光(1552.09 nm)与信号光(1550.12 nm)的波长间隔，实现了高效FWM过程。

<2>Results
实验数据显示，该串联结构在20 dBm泵浦功率下获得-21.929 dB的转换效率，较单一HNLF提升4.243 dB。对比实验表明，单独使用TiN/Ti₃C₂微光纤时转换效率仅为-26.172 dB，证实了串联结构的协同增强效应。在10 Gbps NRZ信号传输测试中，系统展现出良好的眼图张开度和误码率性能，证明其处理高速数字信号的能力。

<2>Discussion
研究发现NRZ信号加载会导致转换效率下降，主要源于调制过程引入的噪声和信号带宽展宽效应。通过优化泵浦功率和偏振控制，研究人员成功将噪声影响降至最低。与石墨烯、黑磷等材料相比，TiN/Ti₃C₂异质结构展现出更优异的非线性特性和热稳定性。

<2>Conclusion
这项研究证实了TiN/Ti₃C₂/HNLF串联结构在全光波长转换中的突破性表现。其创纪录的转换效率和10 Gbps数字信号处理能力，为高速光通信网络提供了关键器件支持。该技术不仅解决了波长竞争问题，其偏振不敏感特性更简化了系统设计，有望推动全光网络向更高速率、更大容量方向发展。未来，通过与光信号处理技术的进一步集成，这类转换器将在6G通信、数据中心互连等领域展现更大应用价值。