CN101349854A - 一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，属于光纤通信领域。该发生器的脉冲激光器(1)的输出端经光学滤波器(2)、光电相位调制器(4)与光纤(5)的一端连接，光纤(5)的另一端输出所需的波形光脉冲。所述的光学滤波器(2)由环形器(3)和光纤光栅(6)组成，或由法布里—伯罗腔滤波器或波导型滤波器构成，对原始光脉冲的频谱进行滤波，得到需要的频谱形状。所述脉冲激光器和光电相位调制器要求使用同一时钟信号驱动，保持在同步状态下工作。本发明对光脉冲进行滤波，将频谱调整为所需要的脉冲形状，后通过光学傅立叶变换把光脉冲的频谱变换到时域里，得到相应波形的光脉冲。克服了目前光脉冲波形比较单一的缺点。

Description

一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器

技术领域

本发明涉及一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，属于光纤通信系统技术领域。

背景技术

基于光纤的超短光脉冲是目前激光技术研究领域中最具有活力的研究课题，有着巨大的应用前景。超短脉冲在通信、军事、工业加工、医学、光信息处理、全色显示和激光印刷等领域具有广阔的应用前景。然而，由于现有的超短激光脉冲主要都是通过主动锁模或被动锁模激光器实现的，而在光纤中人们对光脉冲进行整形的手段主要是利用光开关、非线性效应和电光调制器等非线形元件的时域控制法。要对光脉冲在时域上进行直接的控制很难实现的，因此，目前人们得到的光脉冲的波形比较单一。

发明内容

目前人们得到的光脉冲的波形比较单一，很难获得任意波形的光脉冲。为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

制作一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，首先对常规的光脉冲进行滤波，将其频谱调整为需要的形状，然后通过光学傅立叶变换就得到任意波形的光脉冲。

脉冲激光器的输出端经光学滤波器、光电相位调制器与光纤的一端连接，光纤的另一端输出所需的波形光脉冲。

一种常见的光学滤波器由环形器和光纤光栅组成，环形器的输入端连接脉冲激光器，环形器的二端口连接光纤光栅，环形器的输出端与光电相位调制器连接；光学滤波器也可以由法布里-伯罗腔滤波器或波导型滤波器构成。

脉冲激光器和光电相位调制器要求使用同一时钟信号驱动，保持在同步状态下工作。光纤的长度满足条件 $L=\mathrm{\Γ}{\mathrm{\λ}}_0^2{\mathrm{\ω}}_m^2/\left|D\right|2\mathrm{\πc},$ 其中，Γ是光电相位调制器的调制幅度，λ₀是光的波长，ω_m是光电相位调制器的调制频率，D是与波长对应的光纤的色散系数，c是光速。这样就制作出具有任意波形的光脉冲发生器，也叫做光脉冲的合成器。这样，就把脉冲的光谱形状变换为脉冲时域的形状。

本发明的有益效果：

本发明提出的光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，避免了在时域内对光脉冲进行整形，而是利用光学傅立叶变换在频域内对脉冲频谱进行操作，再变换到时域里，能够根据需要方便的产生各种形状的光脉冲，改变目前光脉冲波形比较单一的缺点，在光纤通信以及许多相关的产业都有着重要的应用。考虑到进行光学傅立叶变换的条件，能够进行傅立叶变换的波形实际上是有一定限制的，因此，这里说的任意波形是相对常见的光脉冲而言，而不是完全任意的波形。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是任意光脉冲发生器的结构示意图；

具体实施方式

首先，如图1所示，需要一个普通的脉冲激光器1，如Santec激光器，产生重复频率为2.5GHz和脉冲宽度为30ps的光脉冲，一般来说光脉冲都是高斯型的。如果希望得到一个方波或者三角波的脉冲，用原始脉冲的形状与方形或三角形做差，就得到需要的滤波器的频谱特性。以此为根据，选择滤波器2对光谱进行处理，根据不同的要求，只需要改变滤波器的频谱特性，就得到不同频谱的光脉冲。由于光纤光栅滤波器比较容易设计滤波器的形状，因此，光学滤波器能够用环形器和光纤光栅组成，如图2所示，一个普通的环形器3的输入端31连接脉冲激光器，环形器的二端口32连接所需频谱特性的光纤光栅6，环形器的输出端33与光电相位调制器4连接，对原始光脉冲的频谱进行滤波，得到需要的频谱形状。光学滤波器或由满足所需频谱特性的法布里-伯罗腔滤波器或波导型滤波器构成。

然后，需要的就是对光脉冲进行光学傅立叶变换了。光纤中的光学傅立叶变换利用时间透镜成像系统实现。B.H.Kolner和M.Nazarathy于1989年提出了利用二次光电相位调制器的时间透镜的概念。利用时间-空间的对应性，将描述光脉冲色散传播方程变换成与光束在一个横向方向衍射或聚焦的近轴波方程对应等价形式，不去直接求解，而是利用空间-时间类似，采用光束传播的研究方法，得到了啁啾高斯脉冲在类时间透镜介质中传播的解析解。光电相位调制器在工作点的零点附件能够起到二次光电相位调制的作用。脉冲激光器1和光电相位调制器4要求使用同一时钟信号驱动，保持在同步状态下工作。

系统的具体结构如图1中所示。使用一个基于光电相位调制器4的时间透镜，加上一段长为L的光纤5作为色散延迟线，当光纤长度和调制器的调制幅度和频率满足 ${\mathrm{\β}}_{2}L=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\mathrm{\Γ}{{\mathrm{\ω}}_m}^2}$ 的条件时，输出信号的包络就会和输入信号的频谱相对应，其中，β₂是光纤的二阶色散系数，对于普通光纤来说，β₂大约为22ps/nm²，Γ是光电相位调制器的调制幅度，ω_m是调制频率，在本例中就是2.5GHz，ω₀是光脉冲的中心频率。在每一个输出脉冲内，任意一个时间t都对应着一个输入信号的波长，对应关系为λ-λ₀＝t/DL，λ₀是光脉冲的中心波长，对于光纤通信系统来说，一般是在1550nm附近，λ是光脉冲的波长。这样就能把输入信号的光谱转化为时域的波形。最后的脉冲形状是由滤波器的频谱特性决定的，滤波器的频谱特性是用原始脉冲的形状与方形做差得到的就获得了方形的光脉冲，与三角形做差得到的就获得了方形的光脉冲。

考虑到时间透镜的成像条件，进行傅立叶变换的波形实际上是有一定限制的。最主要的限制条件来自于时间透镜的孔径效应。由于理想的二次相位调制是很难实现的，实际中，是利用正弦的相位调制来代替二次相位调制的。然而，只有在相位调制接近零点的π/6的范围内，用正弦的相位调制来代替二次相位调制所引起的误差才可以忽略不计。因此，只有把光脉冲限制在相位调制周期的π/6的范围内才能进行有效的光学傅立叶变换。这个范围也叫做时间透镜的孔径，它是时间透镜成像的一个必要条件。除此之外，系统还有满足时间透镜分辨率的要求。对于一个上述条件的时间透镜，它的分辨率是 $\mathrm{\τ}=\frac{2.77}{\mathrm{\Γ}{\mathrm{\ω}}_m}.$ 它决定了系统是否在时域里显示频域的频谱形状。因此，这里说的任意波形是相对常见的光脉冲而言，而不是完全任意的波形，时间透镜成像系统时需要同时满足时间透镜的孔径和分辨率的要求。

Claims (5)

1.一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，其特征是：脉冲激光器(1)的输出端经光学滤波器(2)、光电相位调制器(4)与光纤(5)的一端连接，光纤(5)的另一端输出所需的波形光脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，其特征是：所述的光学滤波器(2)由环形器(3)和光纤光栅(6)组成，环形器(3)的输入端(31)连接脉冲激光器(1)，环形器(3)的二端口(32)连接光纤光栅(6)，环形器(3)的输出端(33)与光电相位调制器(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，其特征是：光学滤波器(2)或由法布里-伯罗腔滤波器或波导型滤波器构成，对原始光脉冲的频谱进行滤波，得到需要的频谱形状。

4.根据权利要求1所述的一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，其特征是：脉冲激光器(1)和光电相位调制器(4)要求使用同一时钟信号驱动，保持在同步状态下工作。

5.根据权利要求1所述的一种基于光学傅立叶变换的任意光脉冲发生器，其特征是：所述光纤(5)的长度满足条件 $L=\mathrm{\Γ}{\mathrm{\λ}}_0^2{\mathrm{\ω}}_m^2/\left|D\right|2\mathrm{\πc},$ 其中，Γ是光电相位调制器(4)的调制幅度，λ₀是光的波长，ω_m是光电相位调制器(4)的调制频率，D是光纤的色散系数，c是光速。

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