CN102162969A - 基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构 - Google Patents

Abstract

基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，属于光纤通信与信号处理技术领域。该结构为：掺铒光纤放大器一(2)的输出接光纤分束器(3)的端口(a)；光纤分束器(3)的端口(b)和(c)分别接偏振控制器(4)的输入端和掺铒光纤放大器二(13)的输入端；电光强度调制器一(5)的输出端接光纤环行器一(8)的端口(a)；光纤光栅(9)的一端接光纤环行器一(8)的端口(b)；光纤环行器一(8)的端口(c)接光电强度调制器二(12)输入端等；光纤环行器三(19)的端口(c)为输出端口。该发明结构简单、抽运光利用率高、所用光纤长度缩短，延时量提高，能够在常温下稳定工作。

Description

基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构

技术领域

本发明属于光纤通信和信号处理技术领域，具体地说，涉及一种光纤布里渊多级慢光延迟结构。

背景技术

慢光是当前光纤通信领域研究的热点。虽然产生慢光的方法有多种，但是光纤中基于受激布里渊散射(SBS)的可控慢光技术具有与现有的光纤通信网络兼容，工作在通信波段，且其波长可调，构建成本低等优点，具有很大的应用前景，成为慢光研究领域的热点。由SBS产生的慢光时延与增益成正比，但是SBS存在增益饱和的限制，当抽运光功率超过布里渊饱和阈值，自发布里渊放大(SBA)会在没有信号输入时就产生大量抽运光损耗，同时，当信号功率增加到一定程度时，其增益也会达到饱和，这两种情况下可获得的信号最大增益有一定的上限，从而限制了单级延时结构可获得的最大时延。

为了获得更大的延时，通常采用双抽运光和多级延时结构。双抽运光结构是利用一个抽运光产生的增益峰与另一抽运光产生的损耗峰叠加以增大增益斜率的原理来增加单级时延，需要同时对两个抽运进行调制；传统的多级慢光延时结构应用多级延时线提高延时，每段延时介质采用独立抽运光，抽运光功率只用于本级延时，利用率只有50％左右，效率较低。无论是双抽运光结构还是传统的多级延时结构，其延时时间仍然有限，并且系统结构相对复杂。

在实际通信系统中，要求具有一定的信噪比。然而由于噪声、光纤损耗及接收机灵敏度等因素的影响，信号功率不能太低。通常在信号损耗达到20dB或功率低于-30dBm的情况下，就需要对信号进行放大。要在保证一定信号功率的前提下，最大限度的提高系统的延时量，首先要提高单级延时结构的增益和延时量，并在此基础上与多级结构结合才能进一步提高系统的总延时量。

目前，通常力求在低抽运功率下得到大的延时，一般要使用10公里以上的通信光纤作为延时介质，而长光纤的低布里渊阈值限制了SBS过程中的抽运光功率的上限。

当布里渊放大或者慢光介质长度缩短时，其布里渊阈值将提高。从而降低了阈值对布里渊抽运光功率的限制，从而提高布里渊放大器的非饱和增益，进而提高单级最大延迟量。同时由于信号功率比较高，该系统单元具有较高的信噪比。

当系统工作在非饱和状态下，抽运光的损耗很小，抽运光功率在经过一级受激布里渊散射过程后仍有相当大的剩余功率足以为下一级延时提供抽运。本文基于高功率、短延时光纤介质的单级布里渊慢光结构，在重复利用抽运光的基础上，提出了一种提高抽运光利用率的多级延时结构，抽运光在经过一级延时后剩余的抽运光功率再进入下一级延时介质，作为其抽运功率再次与信号光发生受激布里渊散射，使信号光得到二次延时。如果初始抽运光功率足够大，且不超过布里渊放大饱和阈值，经过二级延时后剩余的抽运光功率还可以进行三级及以上延时。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、低噪声、高延时量、高抽运光利用率的新型多级光纤布里渊慢光延时结构：

本发明的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，包括：半导体激光器1、掺铒光纤放大器一2和掺铒光纤放大器二13、光纤分束器3、偏振控制器4、电光强度调制器一5和电光强度调制器二12、直流电源一6和直流电源二11、微波信号发生器7、光纤环行器一8、光纤环行器二16、光纤环行器三19和光纤环行器四20、光纤光栅9、脉冲发生器10、短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18及可调衰减器一14和可调衰减器二17；掺铒光纤放大器一2的输出接光纤分束器3的端口(a)；光纤分束器3的端口(b)和(c)分别接偏振控制器4的输入端和掺铒光纤放大器二13的输入端；电光强度调制器一5的输出端接光纤环行器一8的端口(a)；光纤光栅9的一端接光纤环行器一8的端口(b)；光纤环行器一8的端口(c)接光电强度调制器二12输入端；光电强度调制器二12的输出接光纤环行器四20的端口(a)；可调衰减器一14的输出接光纤环行器二16的端口(a)；光纤环行器二16的端口(b)接短普通单模光纤一15的一端；短普通单模光纤一15的另一端接光纤环行器四20的端口(b)；光纤环行器二16的端口(c)接可调衰减器二17的输入端；短普通单模光纤二18的一端接光纤环型器三19的端口(b)；光纤环行器三19的端口(c)为输出端口。

所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18作为布里渊慢光介质，其长度介于400米到1000米之间。

所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，掺铒光纤放大器13的饱和输出功率介于100mw至200mw之间；通过光纤环行器二16的端口(b)进入短普通单模光纤一15的抽运光功率超过布里渊阈值功率。

所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，从一级慢光介质长度较短的短普通单模光纤一15中的剩余抽运光通过光纤环行器四20的端口(b)到端口(c)进入光纤环行器三19的端口(a)，经过其端口(b)注入到作为二级慢光布里渊介质短普通单模光纤二18，作为二级结构中的抽运光；从一级慢光介质短普通单模光纤一15中被放大和延时的信号光经过光纤环行器二16的端口(b)，经过其端口(c)和可调衰减器二17进入二级布里渊慢光介质短普通单模光纤二18；在短普通单模光纤二18信号光被抽运光布里渊放大，同时被延时。

本发明的有益效果：本发明通过两个掺铒光纤放大器EDFA对1550nm附近的布里渊抽运光进行放大到较高的功率，两级布里渊慢光结构中都使用较短长度的通信光纤作为慢光介质。由于布里渊介质通信的长度比较短，布里渊阈值增大，这就大大改善了阈值对抽运光功率的限制，使得在保证信号与抽运光功率比例一定的情况下，提高了非饱和增益，进而提高单级慢光结构中的延时量。将该单级慢光结构与图中所示的多级结构相结合，由于初始抽运功率足够大，且不超过布里渊放大饱和阈值，抽运光的损耗可以忽略，剩余的抽运光可以进入第二级结构再次与信号光发生受激布里渊散射，使信号光得到二次延时。经过二级延时后剩余的抽运光功率还可以进行三级及以上延时。在保证每一级都工作在非饱和状态的情况下，即提高了布里渊非饱和增益和单级延时，利用多级延时结构充分提高了抽运光的利用率，最终在保证高信噪比的情况下，提高了系统的总延时量。

该发明得到的结构简单、抽运光利用率高、所用光纤长度缩短，延时量提高，能够在常温下稳定工作。

附图说明

图1是本发明的高延时新型多级慢光结构示意图。

图中：1.半导体激光器，2.掺铒光纤放大器一，3.光纤分束器，4.偏振控制器，5.电光强度调制器一，6.直流电源一，7.微波信号发生器，8.光纤环行器一，9.光纤光栅，10.脉冲发生器，11.直流电源二，12.电光强度调制器二，13.掺铒光纤放大器二，14.可调衰减器一，15.短普通单模光纤一，16光纤环行器二，17.可调衰减器二，18.短普通单模光纤二，19.光纤环行器三，20.光纤环行器四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的具体说明：

这种高延时新型多级布里渊慢光结构，它包括：半导体激光器是1550nm半导体激光二级管LD1、掺铒光纤放大器(即EDFA)一2和掺铒光纤放大器二13、光纤分束器3、偏振控制器4、电光强度调制器一5和电光强度调制器二12、直流电源一6和直流电源二11、微波信号发生器7、光纤环行器一8、光纤环行器二16、光纤环行器三18和光纤环行器四19、光纤光栅9、脉冲发生器10、短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18及可调衰减器一14和可调衰减器二17；

掺铒光纤放大器一2的输出接光纤分束器3的端口a；光纤分束器3的端口b和c分别接偏振控制器4的输入端和掺铒光纤放大器二13的输入端；电光强度调制器一5的输出端接光纤环行器一8的端口a；光纤光栅9的一端接光纤环行器一8的端口b；光纤环行器一8的端口c接光电强度调制器二12输入端；光电强度调制器二12的输出接光纤环行器四20的端口a；可调衰减器一14的输出接光纤环行器二16的端口a；光纤环行器二16的端口b接短普通单模光纤一15的一端；短普通单模光纤一15的另一端接光纤环行器四20的端口b；光纤环行器二16的端口c接可调衰减器二17的输入端；短普通单模光纤二18的一端接光纤环行器三19的端口b；光纤环行器三19的端口c为输出端口。

选用2段几百米的普通单模光纤作为慢光延时介质，构成二级延时结构。从半导体激光器输出的波长1550nm的光经掺铒光纤放大器一2后被一个3dB光纤分束器3分成上下两路。下路的光经过掺铒光纤放大器二13进一步放大后作为产生受激布里渊散射的抽运光，抽运光功率的大小由可调衰减器一14来控制。抽运光经过光纤环形器二16进入到作为第一级延时介质的短普通单模光纤一15中。上路的光在进入电光强度调制器一5之前通过偏振控制器4控制其偏振态，电光强度调制器一5的射频调制频率为作为慢光介质的普通单模光纤在1550nm处的布里渊频移(约为10.00GHz)。经过电光强度调制器一5后，输出的光谱成分中含有中心载波及频率间隔为布里渊频移的各阶边带。调节直流偏置电压，抑制中心载波，使布里渊频移的一阶边带具有最大的信噪比。电光强度调制器一5输出的光波经过光纤环形器一8到达光纤光栅9，光纤光栅9的中心波长与信号光相同，且在短波长具有陡峭的边缘，其可以滤除中心载波成分，使具有布里渊下频移的光波具有最大的信噪比，然后布里渊下频移信号进入电光强度调制器二12，产生具有一定脉宽的脉冲信号。信号光经过环形器四20进入到作为一级延时介质的短普通单模光纤一15中，与抽运光发生受激布里渊散射被放大，并产生延时。用于一级延时的抽运光剩余功率经过环形器四20进入到二级延时介质的短普通单模光纤二18中，经过一级延时的信号光经过光纤环形器二16，再由可调衰减器二17调节信号光强度，进入到二级延时介质短普通单模光纤二18中与一级延时剩余的抽运光再发生受激布里渊散射，使得脉冲信号第二次被延时。放大的信号光用光谱仪来进行测量，产生的脉冲信号的延时通过光电探测器，输入到示波器进行测量。

选择短于1000米的短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18，以确保两级布里渊放大的阈值比较高。并且保证两级输入信号光功率和每级输入的抽运光功率比率一定，即两级布里渊放大处于非饱和放大状态，这既保证了信号功率不至于太低，保持较低的噪声，又增加了单级增益，单级延时量。同时由于初始抽运光功率足够大，处于非饱和区，每一级中抽运光损耗都比较小，前级剩余抽运光足以使后级处于高功率非饱和布里渊放大区，以保证每级都处于高功率、低噪声放大状态，从而大大提高了系统中信号的延时量。

Claims (4)

1.一种基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，它包括：半导体激光器(1)、掺铒光纤放大器一(2)和掺铒光纤放大器二(13)、光纤分束器(3)、偏振控制器(4)、电光强度调制器一(5)和电光强度调制器二(12)、直流电源一(6)和直流电源二(11)、微波信号发生器(7)、光纤环行器一(8)、光纤环行器二(16)、光纤环行器三(19)和光纤环行器四(20)、光纤光栅(9)、脉冲发生器(10)、短普通单模光纤一(15)和短普通单模光纤二(18)及可调衰减器一(14)和可调衰减器二(17)；其特征在于：

掺铒光纤放大器一(2)的输出接光纤分束器(3)的端口(a)；光纤分束器(3)的端口(b)和(c)分别接偏振控制器(4)的输入端和掺铒光纤放大器二(13)的输入端；电光强度调制器一(5)的输出端接光纤环行器一(8)的端口(a)；光纤光栅(9)的一端接光纤环行器一(8)的端口(b)；光纤环行器一(8)的端口(c)接光电强度调制器二(12)输入端；光电强度调制器二(12)的输出接光纤环行器四(20)的端口(a)；可调衰减器一(14)的输出接光纤环行器二(16)的端口(a)；光纤环行器二(16)的端口(b)接短普通单模光纤一(15)的一端；短普通单模光纤一(15)的另一端接光纤环行器四(20)的端口(b)；光纤环行器二(16)的端口(c)接可调衰减器二(17)的输入端；短普通单模光纤二(18)的一端接光纤环型器三(19)的端口(b)；光纤环行器三(19)的端口(c)为输出端口。

2.根据权利要求书1中所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，其特征在于：短普通单模光纤一(15)和短普通单模光纤二(18)作为布里渊慢光介质，其长度介于400米到1000米之间。

3.根据权利要求书1中所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，其特征在于：掺铒光纤放大器(13)的饱和输出功率介于100mw至200mw之间；通过光纤环行器二(16)的端口(b)进入短普通单模光纤一(15)的抽运光功率超过布里渊阈值功率。

4.根据权利要求书1中所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，其特征在于：从一级慢光介质短普通单模光纤一(15)中的剩余抽运光通过光纤环行器四(20)的端口(b)到端口(c)进入光纤环行器三(19)的端口(a)，经过其端口(b)注入到作为二级慢光布里渊介质的短普通单模光纤二(18)，作为二级结构中的抽运光；从一级慢光介质短普通单模光纤一(15)中被放大和延时的信号光经过光纤环行器二(16)的端口(b)，经过其端口(c)和可调衰减器二(17)进入二级布里渊慢光介质长度较短的短普通单模光纤二(18)；在短普通单模光纤二(18)信号光被抽运光布里渊放大，同时被延时。

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