CN101340050B - 脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器 - Google Patents

Abstract

脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器，由EDFA放大模块(1)，偏振控制器(2)，铌酸锂电光调制器(3)，直流稳压源(4)，函数信号发生器(5)，环行器(6)，Sagnac非线性反射环镜(7)，95-80∶5-20耦合器(8)构成，其中Sagnac非线性反射环镜由50∶50耦合器，单模光纤(2-2)，波分复用器，掺铒光纤以及980nm泵浦激光器组成。EDFA放大模块(1)输出分别连接偏振控制器(2)和铌酸锂电光调制器(3)，被调制后的光信号连接环行器(6)的第一、二两个端口输入到Sagnac非线性反射环镜(7)中；反射环镜反射的光信号沿环行器(6)的第二端口返回并通过第三端口入射到耦合器(8)中。

Description

脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器

技术领域

本发明是一种可实现高重复频率的脉冲光纤激光器技术，尤其是一种可适用于OTDM系统的脉冲幅度均匀化的锁模光纤激光器技术。

背景技术

有理谐波锁模光纤激光器是一种利用有理谐波锁模技术，在较低的调制频率下获得较高重复频率的光纤激光器，它具有输出脉冲重复频率高，脉宽窄等优点，可广泛应用于光纤通信、超快现象、光线传感器等方面。

有理谐波锁模光纤激光器作为脉冲光光源可输出很高重复频率并且脉宽很窄的锁模脉冲信号，但是受限于有理谐波锁模机制自身特性，输出脉冲的幅度往往具有较大的波动性，这大大影响了激光器在高速OTDM系统中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对重复频率大于5GHz的有理谐波锁模光纤激光器，为其提供了一种脉冲幅度可均匀化的机制。尤其是提出重复频率大于5GHz，脉冲幅度可均匀化的有理谐波锁模光纤激光器的实现方法。

本发明的技术解决方案是：脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器，其特征在于由EDFA放大模块1，偏振控制器2，铌酸锂电光调制器3，直流稳压源4，函数信号发生器5，环行器6，Sagnac非线性反射环镜7，95-80∶5-20耦合器8和光示波器9构成，其中Sagnac非线性反射环镜由50∶50耦合器2-1，单模光纤2-2，980nm/1550nm波分复用器2-3，2-5，掺铒光纤2-4以及980nm泵浦激光器2-6组成；EDFA放大模块为激光器谐振腔的激光增益放大器件，EDFA放大模块1输出分别连接偏振控制器2和铌酸锂电光调制器3，由直流稳压源4和函数信号发生器5的输出连接铌酸锂电光调制器3，EDFA放大模块1输出的光信号经过偏振控制器2的偏振态调节后输入到铌酸锂电光调制器3中；直流稳压源4输出的直流电压信号为电光调制器3提供直流偏置，以确定它的工作点；函数信号发生器5输出频率、幅度可调的调制电信号连接电光调制器3，用以调制光路中的光信号；被调制后的光信号连接环形器6的第一、二两个端口输入到Sagnac非线性反射环镜7中；被Sagnac非线性反射环镜7反射的光信号沿环形器6的第二端口返回并通过第三端口入射到95-80∶5-20耦合器8中；95-80∶5-20耦合器8将光信号分成两部分，5-20％的光信号被光示波器9采集用以监测，另外95-80％的光信号被反馈回EDFA放大模块1的输入端，被再次放大，并得以在激光器谐振腔中实现振荡输出。本发明得到的是适合OTDM通讯系统的高质量脉冲光源。

脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器调节脉冲幅度的均匀性的方法，通过调节直流稳压源4的输出电压幅度，使得铌酸锂电光调制器3的工作点得到适当的调节，从而可以改变调制器的调制效果，达到调节输出脉冲幅度的目的；或者调节Sagnac非线性反射环镜7中980nm激光器2-6输出的泵浦光功率。泵浦光功率直接决定Sagnac非线性反射环镜7中的光放大增益因子，从而决定了其非线性开关功率的大小，并直接影响到各输入功率下的反射系数，达到调节输出脉冲幅度的目的。

对于有理谐波锁模而言，其调制信号频率与激光器基模频率应当满足以下关系：

$f_{\mathrm{mod}}={\mathrm{nf}}_{\mathrm{cav}}+\frac{m}{p}{f}_{\mathrm{cav}}$

其中f_mod是调制频率，f_cav是激光器基模频率，n，m，p均为整数，在此调制频率下，激光器输出脉冲的重复频率满足下式：

f_rep＝pnf_cav+mf_cav＝pf_mod

其中f_rep是锁模脉冲的重复频率。

50∶50耦合器，单模光纤，2个980nm/1550nm波分复用器，980nm激光器和一段掺铒光纤一起组成Sagnac非线性环行腔镜，它具有非线性开关效应。光信号经由环行器的第二端口进入50∶50耦合器中，并被分成幅度相同的两束光，一束逆时针运行，先经过单模光纤，后在掺铒光纤中被放大；另一束顺时针运行，先被放大后经过单模光纤，两束光在腔中运行时其功率幅度在各处均不一样，则由自相位调制获得的非线性相移也不一样，它们绕行一周后在耦合器中相干干涉输出，其反射率或透射率取决于两束光的相位差，满足下式：

R＝2ρ(1-ρ){1+cos[(1-ρ-Gρ)γP₀L]}

其中ρ是耦合器的耦合比，G是增益因子，γ是单模光纤的非线性系数，P₀是入射功率，L是单模光纤的长度。通过在光纤激光器谐振腔中添加了Sagnac非线性反射环镜7，通过其依赖于输入功率大小的非线性开关特性，实现对脉冲幅度的整幅机制。调节脉冲幅度的均匀性的方法包括两种：

第一，调节直流稳压源4的输出电压幅度，使得铌酸锂电光调制器3的工作点得到适当的调节，从而可以改变调制器的调制效果，达到调节输出脉冲幅度的目的。

第二，调节Sagnac非线性反射环镜7中980nm激光器2-6输出的泵浦光功率。泵浦光功率直接决定Sagnac非线性反射环镜7中的光放大增益因子，从而决定了其非线性开关功率的大小，并直接影响到各输入功率下的反射系数，达到调节输出脉冲幅度的目的。

本发明有益效果：本发明是在光纤激光器谐振腔中添加非线性光纤放大环镜，利用其依赖于光信号强度的非线性开关效应，使得高幅度的光脉冲具有低的反射率，而低幅度的光脉冲具有高的反射率。光脉冲在谐振腔中不断振荡，并通过非线性光纤放大环镜的开关作用，最终达到幅度整幅的目的，使得输出的有理谐波锁模脉冲其幅度具有着较好的均匀性。本发明给出了在1GHz调制频率下，重复频率大于5GHz，同时脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器的实现方案。在保证输出脉冲信号的重复频率和幅度前提下，通过添加Sagnac非线性放大环镜，并合理地设置直流偏压与980nm泵源的输出功率，实现了对输出脉冲幅度的整幅机制。

附图说明

图1是本发明的光路原理图

图2是Sagnac非线性反射环镜的光路原理图

具体实施方案

本发明由掺铒光纤放大器EDFA放大模块1，偏振控制器2，铌酸锂电光调制器3，直流稳压源4，函数信号发生器5，环行器6，Sagnac非线性反射环镜7，95-80∶5-20耦合器8和光示波器9组成，除标定的掺铒光纤外，光路采用单模光纤连接。

EDFA放大模块1为激光器谐振腔提供必要的增益，其输出信号被偏振控制器2调节好偏振态后输入到铌酸锂电光调制器3中。直流稳压源4为电光调制器2提供直流偏压，并决定其直流工作点，函数信号发生器5输出频率与幅度均可调谐的调制信号施加在电光调制器3上，对光路中的光信号进行周期性的腔损耗调制。被调制的光信号通过环行器6的一、二两个端口输入到Sagnac非线性反射环镜7中，通过它的非线性开关效应对脉冲幅度进行调节，其反射信号通过环行器6的二、三两个端口输入到95-80∶5-20的耦合器8中。在耦合器8中，光信号被分为两部分，5-20％的光信号被光示波器9采集用以监测，另外95-80％的光信号则被反馈回EDFA放大模块1的输入端，再次被放大，并在激光器谐振腔中实现振荡。

由环行器6的一、二端口输出的光信号被输入到50∶50耦合器2-1中，并被分为相等的两部分，一路光沿逆时针方向传输，先经过一段单模光纤2-2，再通过980nm/1550nm波分复用器2-3进入到一段掺铒光纤2-4中，并被980nm激光器2-6输出的泵浦光放大，最后通过另一个波分复用器2-5返回耦合器2-1中；另一路光沿顺时针方向传输，先经由波分复用器2-5进入到掺铒光纤2-4中，并被980nm的泵浦光放大，再经过波分复用器2-3以及单模光纤2-2，最后返回到耦合器2-1中。两路光在耦合器2-1中相干干涉后，反射光经由原路返回到环行器6的二端口。当激光器开始运作时，通过设定合适的980nm泵浦光功率，并合理的调节直流偏压的大小，可以显著的改变输出脉冲光幅度的均匀性。因波长980nm的泵浦光源激光效率最高，也可以使用波长1480nm的泵浦光源。

在本发明中，EDFA放大模块1采用输出功率自动控制模式(APC模式)，其输出功率在14dBm与23dBm之间连续可调；耦合器8的耦合比可适当选取，如80∶20～95∶5，甚至超过99∶1均可，只要能够使得激光器有合适的输出功率即可；函数信号发生器5输出的调制电信号频率在1G左右；直流稳压源4输出的直流电压信号视铌酸锂电光调制器3的额定电压工作范围而定，可在0V-7V之间连续可调。

Claims (2)

1.脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器，其特征在于由EDFA放大模块(1)，偏振控制器(2)，铌酸锂电光调制器(3)，直流稳压源(4)，函数信号发生器(5)，环行器(6)，Sagnac非线性反射环镜(7)，95-80:5-20耦合器(8)和光示波器(9)构成，其中Sagnac非线性反射环镜由50:50耦合器(2-1)，单模光纤(2-2)，980nm/1550nm波分复用器(2-3，2-5)，掺铒光纤(2-4)以及980nm泵浦激光器(2-6)组成；EDFA放大模块(1)输出分别连接偏振控制器(2)和铌酸锂电光调制器(3)，EDFA放大模块(1)输出的光信号经过偏振控制器(2)的偏振态调节后输入到铌酸锂电光调制器(3)中；直流稳压源(4)输出直流电压信号至电光调制器(3)上，为其提供直流偏置；函数信号发生器(5)输出频率、幅度可调的调制电信号连接电光调制器(3)，用以调制光路中的光信号；被调制后的光信号连接环行器(6)的第一、二两个端口输入到Sagnac非线性反射环镜(7)中；被Sagnac非线性反射环镜(7)反射的光信号沿环行器(6)的第二端口返回并通过第三端口入射到95-80:5-20耦合器(8)中；95-80:5-20耦合器(8)将光信号分成两部分，5-20％的光信号被光示波器(9)采集用以监测，另外95-80％的光信号被反馈回EDFA放大模块(1)的输入端，被再次放大，并得以在激光器谐振腔中实现振荡输出。

2.根据权利要求1所述的有理谐波锁模光纤激光器，其特征在于在光纤激光器谐振腔中添加了Sagnac非线性反射环镜(7)，通过其依赖于输入功率大小的非线性开关特性，实现对脉冲幅度的整幅机制。

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