CN102707541B - 基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，它由光学频率梳源、光隔离器、幅度控制器、相位控制器组成；一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，由以下步骤构成：（1）输入、（2）幅度控制、（3）相位控制、（4）输出。本发明的优越性：1、使用光纤拉伸器连续精确地改变光谱幅度和相位的大小，实现对光谱幅度和相位的动态调节；2、结构简单，损耗小，易于与其它光器件耦合；3、通过双阵列光纤光栅的相位控制和干涉效应先逐行改变频谱的幅度，再通过单阵列光纤光栅的相位控制逐行改变频谱的相位，实现任意波形光脉冲的输出；4、通过增加相邻光栅的波长间隔或增加光栅的数目来增加整形的带宽，使得本装置的带宽易升级。

Description

基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器及其工作方法

（一）技术领域：

本发明涉及任意波形光脉冲整形器及其工作方法，特别是一种利用三阵列光纤布拉格光栅在频域上对输入的光脉冲实施逐行整形，使得输入的光脉冲的频谱幅度和相位均受到调制的光脉冲整形器及其工作方法。

（二）背景技术：

随着超快技术的快速发展，飞秒脉冲的广泛应用，使得脉冲整形技术获得了很快的发展，目前脉冲整形技术不仅需要对特定形状的脉冲进行整形，而且要对高速的脉冲进行实时的任意波形光脉冲的整形。光脉冲整形方法可以分为直接时域整形和直接频域整形两类，对于超短光脉冲的整形,如果采用时域整形,要求有很高的采样率,因此一般采用频域整形，其中得到广泛运用和发展的频域整形方法是基于傅里叶变换的原理，通过在频域上改变滤波函数的各个频谱成分的幅度和相位，使得输出信号的频谱改变，从而在时域上得到预期的波形。任意波形光脉冲产生(O-AWG)就是在超短光脉冲技术的基础上，通过控制光脉冲空间位置、幅度、相位等可调谐变量来进行整形，由此得到人们想要的任意的波形。能够独立控制频率梳中各条谱线的相位及振幅，是实现真正的任意光波形产生的关键。由于光无源器件的发展，如光纤光栅，阵列波导光栅，衍射光栅等，可以方便地用于频谱的分离，使得独立操纵每条谱线的幅度和相位成为可能。目前，美国普渡大学的研究人员使用任意光波形产生技术，将脉冲整形与自由空间平台上的光学频率梳相结合，能够对100多条频率间隔为5GHz的谱线进行逐线脉冲整形，加利福尼亚大学的研究人员利用64通道的阵列波导光栅和集成的相位调制器和幅度调制器阵列对谱线间隔为10GHz的15条谱线进行了逐线整形，利用128通道的阵列波导光栅对谱线间隔为40GHz的频谱整形，整形带宽可达到5.1THz。

任意波形光脉冲产生技术仍处于研究的初级阶段，但在许多领域有着潜在的应用前景，如高分辨率相干控制光谱学，T比特每秒的高速光通信系统，宽带脉冲传感，光雷达系统，任意微波信号产生等。

针对以往的整形结构及幅度和相位控制方法，我们提出了一种利用三阵列光纤布拉格光栅的结构及独立的相位控制和干涉效应来实现动态的任意波形光脉冲整形器及其工作方法。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器及其工作方法，它主要利用光纤拉伸器的相位调节及光纤布拉格光栅双阵列的干涉效应实现对每一谱线幅度的控制，利用单阵列中光纤拉伸器的相位调节实现对每一谱线相位的控制，输出频谱幅度和相位都得到独立控制的任意波形光脉冲。

本发明的技术方案：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源、光隔离器、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源的输出端连接光隔离器的输入端，光隔离器的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出目标波形光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列和耦合器构成，光隔离器的输出端连接耦合器的端口A，耦合器的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列，耦合器的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列和环形器构成，耦合器的端口D连接环形器的E端即相位控制器的输入端，环形器的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列，环形器的G端即相位控制器的输出端输出目标波形光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列由至少两个光纤布拉格光栅和至少一个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列中对应的光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）输入：光学频率梳源发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器从幅度控制器中的耦合器的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n，此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足目标波形光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器的端口E，再从环形器的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列中，由光纤布拉格光栅阵列中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于目标波形光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足目标波形光脉冲的相位

（4）输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出目标波形光脉冲。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳的波长间隔Δλ相同，各条谱线幅度相等或不等，相位关系固定，至少有两个波长成分，时域上为周期性光脉冲。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由目标波形光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说目标波形光脉冲为周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲、幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲、周期性单边指数光脉冲、周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲或周期性矩形光脉冲。

上述所说目标波形光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

上述所说的步骤（2）中的幅度控制能够实现重复频率倍增的光脉冲，即重复频率倍增的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的幅度控制为调节光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n使得幅度控制部分输出频谱的谱线间隔为输入光学频率梳的谱线间隔的两倍，则所述光脉冲的重复频率倍增。

上述所说的步骤（3）中的相位控制能够实现脉冲位置可调的光脉冲，即脉冲位置可调的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足所述光脉冲的相位与线性相位的叠加，所说的线性相位即相邻谱线的相位差相等且相位关于中心波长反对称，则所述光脉冲的脉冲位置的变化量由相邻谱线的相位Δφ和相邻谱线的频率间隔f_rep决定，满足τ＝Δφ/2πf_rep。

上述所说的步骤（3）中的相位控制能够实现重复频率倍增的光脉冲，即重复频率倍增的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足所述波形光脉冲的相位与线性相位的叠加，所述线性相位即相邻谱线的相位差为π/2且相位关于中心波长对称，则所述光脉冲的重复频率倍增。

本发明的工作原理为：采用三阵列光纤布拉格光栅的结构，首先通过双阵列中窄带的光纤布拉格光栅作为窄带滤波器把每条谱线分别进行滤波后进行独立控制。如果令输入信号的初始相位为ψ_n，幅度为|S_n|，耦合器分光比为α:1-α，光纤布拉格光栅的反射率为R，令反射回耦合器后的干涉信号的相位谱P_n为2π的整数倍，幅度谱为目标波形光脉冲的幅度谱|F_n|，可以计算出两路信号各条谱线的相移，调节前两个阵列的各个光纤拉伸器使两路信号获得相应的相移和θ_n，则反射回耦合器的两路信号发生干涉后，输出信号的频谱相位为2π的整数倍，频谱幅度为目标波形光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|。经过幅度控制器整形输出的信号，输入到相位控制器，由光纤布拉格光栅作为窄带滤波器对每个谱线分别进行滤波，再调节各个光纤拉伸器，使得输出的光脉冲相位谱为目标波形光脉冲的相位谱则由傅里叶变换原理，最终输出的时域光脉冲为目标波形光脉冲。

本发明的优越性和有益效果为：1、已有的任意波形光脉冲产生装置通过光衰减器来改变光谱幅度，而本发明的三阵列光纤布拉格光栅的整形结构只使用光纤拉伸器就可以连续精确地改变光谱幅度和相位的大小，实现对光谱幅度和相位的动态调节；2、三阵列光纤布拉格光栅的整形结构是全光纤的，结构简单，损耗小，易于与其它光器件耦合；3、通过双阵列光纤布拉格光栅的相位控制和干涉效应先逐行改变频谱的幅度，再通过单阵列光纤布拉格光栅的相位控制逐行改变频谱的相位，能够实现任意波形光脉冲的输出；4、可以通过增加相邻光栅的波长间隔或增加光栅的数目来增加整形的带宽，使得本装置的带宽易升级。

（四）附图说明：

图1为本发明所涉基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的装置框图。

图2为本发明所涉基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的幅度控制器和相位控制器的结构示意图。

图3为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例1的工作效果示意图（其中图3-1为输入的光学频率梳的时域波形图，图3-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图3-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号的幅度谱以及输出的周期性锯齿脉冲的幅度谱，图3-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的周期性锯齿脉冲的相位谱，图3-5为输出的周期性锯齿脉冲）。

图4为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例2的工作效果示意图（图4-1为输入的光学频率梳的时域波形图，图4-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图4-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号的幅度谱以及输出的幅度谱为周期性锯齿脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形的傅里叶系数的幅度谱，图4-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的幅度谱为周期性锯齿脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形的傅里叶系数的相位谱，图4-5为输出的幅度谱为周期性锯齿脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形）。

图5为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例3的工作效果示意图（其中图5-1为输入的光学频率梳的时域波形图，图5-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图5-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号的幅度谱以及输出的幅度谱为周期性高斯脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿脉冲的相位谱的波形的傅里叶系数的幅度谱，图5-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的幅度谱为周期性高斯脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿脉冲的相位谱的波形的傅里叶系数的相位谱，图5-5为输出的幅度谱为周期性高斯脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿脉冲的相位谱的波形）。

图6为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例4的工作效果示意图（其中图6-1为输入的光学频率梳的时域波形图，图6-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图6-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号的幅度谱以及输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的傅里叶系数的幅度谱，图6-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的傅里叶系数的相位谱，图6-5为输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的波形）。

图7为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例5的工作效果示意图（其中图7-1为输入的光学频率梳的时域波形图。图7-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图7-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列的两路信号的幅度谱以及输出的脉冲位置右移5ps的周期性三角脉冲的傅里叶系数的幅度谱，图7-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的脉冲位置右移5ps的周期性三角脉冲的傅里叶系数的相位谱，图7-5为输出的脉冲位置右移5ps的周期性三角脉冲的波形）。

图8为本发明所涉一种基于双阵列光纤光栅的光脉冲整形器中的实施例6的工作效果示意图（其中图8-1为输入的光学频率梳的时域波形图，图8-2为输入的光学频率梳的幅度谱和相位谱，图8-3为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号的幅度谱以及输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的傅里叶系数的幅度谱，图8-4为幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列对反射的两路信号产生的相移谱以及输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的傅里叶系数的相位谱，图8-5为输出的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的波形）。

其中：1为光学频率梳源，2为光隔离器，3为耦合器，4-1为幅度控制器中的第一个光纤布拉格光栅阵列，4-2为幅度控制器中的第二个光纤布拉格光栅阵列，4-3为相位控制器中的光纤布拉格光栅阵列，5为环形器。

（五）具体实施方式：

实施例中所述耦合器为3dB耦合器，即分光比为1:1的耦合器。

实施例1：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出周期性锯齿光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出周期性锯齿光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由41个光纤布拉格光栅和41个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为99%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为0.1nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图3-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图3-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表1，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足周期性锯齿光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图3-3中第三个图形），|F_n|的取值见表1，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于周期性锯齿光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足周期性锯齿光脉冲的相位（见图3-4中第三个图形），的取值见表1；

（4）输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出周期性锯齿光脉冲（见图3-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图3-2）的波长间隔Δλ=0.1nm，幅度轮廓为各谱线等幅度，相位关系为各条谱线之间的相位差为0，有81个波长成分，时域上为重复频率为的光脉冲（见图3-1），其中c为真空中的光速，λ₀为光学频率梳源的中心波长，为1550nm，T为时域上光脉冲的周期，为80ps。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由周期性锯齿光脉冲各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表1所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说周期性锯齿光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

表1为实施例1中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，周期性锯齿光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，周期性锯齿光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为周期性锯齿光脉冲的傅里叶系数的幅度谱，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为周期性锯齿光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表1

实施例2：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由37个光纤布拉格光栅和37个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为90%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为0.36nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图4-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图4-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表2，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图4-3中第三个图形），|F_n|的取值见表2，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的相位（见图4-4中第三个图形），的取值见表2；

（4）输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲（见图4-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图4-2）的波长间隔Δλ=0.36nm,幅度轮廓为双边指数型，相位关系为各条谱线之间的相位差为0,有73个波长成分，时域上为重复频率为的光脉冲(见图4-1），其中c为光速，λ₀为光学频率梳源的中心波长，为1310nm，T为时域上光脉冲的周期，为16ps。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表2所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

表2为实施例2中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度值，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表2

实施例3：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由29个光纤布拉格光栅和29个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为80%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为1nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图5-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图5-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表3，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图5-3中第三个图形），|F_n|的取值见表3，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的相位（见图5-4中第三个图形），的取值见表3；

（4）输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲（见图5-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图5-2）的波长间隔Δλ=1nm，幅度轮廓为各谱线等幅度，相位关系为各条谱线之间的相位差为π/2、有81个波长成分的、时域上为重复频率为的光脉冲（见图5-1），其中c为光速，λ_n为光学频率梳源的中心波长，为1550nm，T为时域上光脉冲的周期，为8ps。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表3所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

表3为实施例3中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的傅里叶系数的幅度值，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表3

实施例4：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由45个光纤布拉格光栅和45个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为75%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为0.04nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图6-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图6-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表4，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图6-3中第三个图形），|F_n|的取值见表4，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的相位（见图6-4中第三个图形），的取值见表4；

（4）输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲（见图6-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图6-2）的波长间隔Δλ=0.04nm，幅度谱的轮廓为各个谱线等幅度，相位关系为各条谱线之间的相位差为0，有51个波长成分，时域上为重复频率为的光脉冲（见图6-1），其中c为真空中的光速，λ₀为光学频率梳源1的中心波长，为980nm，T为时域上的光脉冲的周期，为80ps。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由周期性锯齿光脉冲各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表4所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

上述所说的步骤（2）中幅度控制能够实现重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲，实施的幅度控制为调节光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n使得幅度控制部分输出频谱的谱线间隔为输入光学频率梳的谱线间隔的两倍，则周期性高斯光脉冲的重复频率倍增为25GHz。

表4为实施例4中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的幅度谱，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表4

实施例5：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由21个光纤布拉格光栅和21个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为90%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为0.4nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图7-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图7-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表5，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图7-3中第三个图形），|F_n|的取值见表5，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的相位（见图7-4中第三个图形），的取值见表5；

（4）输出：从环形器G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲（见图7-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图7-2）的波长间隔Δλ=0.4nm，幅度轮廓为高斯型，相位关系为各条谱线之间的相位差为π/8，有53个波长成分，时域上为重复频率为的光脉冲（见图7-1），其中c为光速，λ₀为光学频率梳源的中心波长，为980nm，T为时域上光脉冲的周期，为8ps。

上述所说的步骤（3）中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表5所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

上述所说步骤（3）中的脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的脉冲位置通过相位控制器进行调节，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足周期性三角光脉冲的相位与线性相位的叠加，所说的线性相位即相邻谱线的相位差为Δφ=5π/4且相位关于中心波长反对称，则脉冲位置的变化量5ps由相邻谱线的相位差Δφ=5π/4和相邻谱线的频率间隔f_rep=125GHz决定，满足τ＝Δφ/2πf_rep。

表5为实施例5中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，幅度谱为脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，幅度谱为脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的傅里叶系数的幅度值，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表5

实施例6：一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源1、光隔离器2、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源1的输出端连接光隔离器2的输入端，光隔离器2的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及耦合器3构成，光隔离器2的输出端连接耦合器3的端口A，耦合器3的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2，耦合器3的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列4-3和环形器5构成，耦合器3的端口D连接环形器5的E端即相位控制器的输入端，环形器5的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列4-3，环形器5的G端即相位控制器的输出端输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列，由31个光纤布拉格光栅和31个光纤拉伸器间隔排列构成。

上述所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列4-3中对应光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，所有光纤布拉格光栅的反射率R相同,均为99%，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，均为0.1nm，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源1的对应光谱分量相等。

一种上述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于由以下步骤构成：

（1）输入：光学频率梳源1发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器2从幅度控制器中的耦合器3的端口A输入；

（2）幅度控制：由耦合器3将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器3的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n（见图8-4中前两个图形），此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，两路信号的各条谱线的幅度下降为F_1n和F_2n（见图8-3中前两个图形），F_1n和F_2n的取值见表6，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足重复频率倍增为25GHz的周期性高斯脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，（见图8-3中第三个图形），|F_n|的取值见表6，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器3的端口D输出频谱幅度受到整形的信号；

（3）相位控制：从耦合器3的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器5的端口E，再从环形器5的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列4-3中，由光纤布拉格光栅阵列4-3中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的相位（见图8-4中第三个图形），的取值见表6；

（4）输出：从环形器的端口G输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲（见图8-5）。

上述所说的步骤（1）中的光学频率梳（见图8-2）的波长间隔Δλ=0.1nm，相位关系为各条谱线之间的相位差为0，有51个波长成分，时域上为重复频率为的光脉冲（见图8-1），其中c为真空中的光速，λ₀为光学频率梳源的中心波长，为1550nm，T为时域上光脉冲的周期，为80ps。

上述所说的步骤（2）中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器3的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n（|S_n|和ψ_n取值如表6所示）共同决定：

${\mathrm{\θ}}_n=-\arccos \frac{\left|F_n\right|}{2\left|S_n\right|\sqrt{\mathrm{R\α}(1-\mathrm{\α})}}-{\mathrm{\ψ}}_n---\left(2\right)$

（n=0，±1，±2，±3…）

上述所说重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的形状由步骤（2）幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤（3）相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。

上述所说步骤（3）中的重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的重复频率通过相位控制器倍增，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足周期性高斯光脉冲的相位与线性相位的叠加，所说的线性相位即相邻谱线的相位差为π/2且相位关于中心波长对称，则输出的周期性高斯光脉冲的重复频率倍增为25GHz。

表6为实施例6中输入的光学频率梳的各条谱线的波长、幅度和相位的值，幅度控制器中两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2反射的两路信号的各条谱线的幅度及两个光纤布拉格光栅阵列4-1和4-2对反射的两路信号的各条谱线产生的相移的值，幅度谱为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的幅度值，从幅度控制器输出的信号的各条谱线的相位的值，幅度谱为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的相位值。其中n为傅里叶系数的阶数，λ_n为输入的光学频率梳的各条谱线的波长值，也为各个光纤布拉格光栅对应的中心反射波长，|S_n|和ψ_n分别为输入的光学频率梳的各条谱线的幅度和相位的值，F_1n为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1反射的信号的各条谱线的幅度值，F_2n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2反射的信号的各条谱线的幅度值，为第一个光纤布拉格光栅阵列4-1对反射的信号的各条谱线产生的相移，θ_n为第二个光纤布拉格光栅阵列4-2对反射的信号的各条谱线产生的相移，|F_n|为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的幅度值，P_n为从幅度控制器输出的信号的傅里叶系数的相位值，为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲的傅里叶系数的相位值。

表6

综合上述六个实施例，实施例1与实施例2相比，二者采用相同的幅度控制，不同的相位控制，输出的波形是不同的；实施例1与实施例3相比，二者采用相同的相位控制，不同的幅度控制，输出的脉冲波形是不同的；实施例2与实施例3相比，二者采用不同的幅度控制和不同的相位控制，输出的波形是不同的；实施例5中通过幅度控制器施加的幅度控制为周期性三角光脉冲的傅里叶系数的幅度谱，再通过相位控制器使得叠加的线性相位为相邻谱线的相位差为5π/4且相位关于中心波长反对称，时域上得到脉冲位置右移5ps的周期性三角光脉冲；实施例4与实施例6相比，两者通过不同的控制方法都能使得周期性高斯光脉冲的重复频率倍增，实施例4通过幅度控制器使得输入光学频率梳的谱线间隔倍增，则输出为重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲，实施例6中通过通过相位控制器使得叠加的线性相位为相邻谱线的相位差为π/2且相位关于中心波长对称，则输出重复频率倍增为25GHz的周期性高斯光脉冲。

总结，本方案主要利用了三阵列光纤布拉格光栅的结构及频谱相位控制和干涉效应，通过光纤拉伸器的相位调节及两个光纤布拉格光栅阵列的干涉效应实现对每一谱线幅度的控制，利用单阵列中光纤拉伸器的相位调节实现对每一谱线相位的控制，输出频谱幅度和相位都得到独立控制的任意波形光脉冲，可以动态连续精确地逐行改变光谱幅度和相位大小，带宽易升级，结构简单，损耗小，易于与其它光器件耦合。

Claims (10)

1.一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于它由光学频率梳源、光隔离器、幅度控制器、相位控制器组成，光学频率梳源的输出端连接光隔离器的输入端，光隔离器的输出端连接幅度控制器的输入端，幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端，相位控制器的输出端输出目标波形光脉冲；所说的幅度控制器由两个光纤布拉格光栅阵列和耦合器构成，光隔离器的输出端连接耦合器的端口A，耦合器的端口B和端口C分别连接两个光纤布拉格光栅阵列，耦合器的端口D即幅度控制器的输出端连接相位控制器的输入端；所说的相位控制器由一个光纤布拉格光栅阵列和环形器构成，耦合器的端口D连接环形器的E端即相位控制器的输入端，环形器的F端连接一个光纤布拉格光栅阵列，环形器的G端即相位控制器的输出端输出目标波形光脉冲；所说的光纤布拉格光栅阵列由至少两个光纤布拉格光栅和至少一个光纤拉伸器间隔排列构成。 

2.根据权利要求1所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器，其特征在于所说的幅度控制器中的两个光纤布拉格光栅阵列及相位控制器中的一个光纤布拉格光栅阵列中对应的光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n相同，每个光纤布拉格光栅阵列中的相邻两个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n之差相同，各个光纤布拉格光栅的中心反射波长λ_n与光学频率梳源的对应光谱分量相等。 

3.一种权利要求1所述基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于具体步骤如下： 

(1)输入：光学频率梳源发出光学频率梳，光学频率梳经过光隔离器从幅度控制器中的耦合器的端口A输入； 

(2)幅度控制：由耦合器将输入到幅度控制器的光学频率梳分成两路信号，分别从耦合器的端口B和端口C输入到两个光纤布拉格光栅阵列中；由阵列中的各个光纤布拉格光栅的反射特性选择与其中心反射波长λ_n相等的谱线，同时分别调节两个光纤布拉格光栅阵列中的各个光纤拉伸器，实现对由光纤布拉格光栅阵列反射的两路信号各条谱线的相位调节，使得光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移分别为和θ_n，此时两路信号幅度谱的轮廓保持不变，与输入的光学频率梳相同，反射的两路信号在耦合器发生干涉，使得幅度控制器输出的各个谱线成分的幅度满足目标波形光脉冲的傅里叶系数的幅度|F_n|，同时使得幅度控制器输出的各个谱线成分的相位P_n为2π的整数倍，从幅度控制器中的耦合器的端口D输出频谱幅度受到整形的信号； 

(3)相位控制：从耦合器的端口D输出的频谱幅度受到整形的信号输入到相位控制器中环形器的端口E，再从环形器的端口F输入到光纤布拉格光栅阵列中，由光纤布拉格光栅阵列中的光纤布拉格光栅选择出波长等于其中心反射波长λ_n的谱线，调节光纤拉伸器使得光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移等于目标波形光脉冲的相位则相位控制器输出端的信号频谱相位满足目标波形光脉冲的相位

(4)输出：从环形器的G端输出频谱相位和幅度都受到整形的信号，根据傅里叶变换的原理，时域上输出目标波形光脉冲。 

4.根据权利要求3所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说的步骤(1)中的光学频率梳的波长间隔Δλ相同，各条谱线幅度相等或不等，相位关系固定，至少有两个波长成分，时域上为周期性光脉冲。 

5.根据权利要求3所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说的步骤(2)中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n由目标波形光脉冲的各条谱线的幅度|F_n|、耦合器的分光比α:1-α、光纤布拉格光栅的反射率R、输入的光学频率梳的各条谱线复振幅的幅度|S_n|及谱线复振幅的相位ψ_n共同决定： 

(n＝0，±1，±2，±3…) 。

6.根据权利要求3或5所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说目标波形光脉冲为周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲、幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲、周期性单边指数光脉冲、周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲或周期性矩形光脉冲。 

7.根据权利要求3或5所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说目标波形光脉冲的形状由步骤(2)幅度控制中的光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移θ_n及步骤(3)相位控制中的光纤布拉格光栅阵列对信号各条谱线产生的相移共同控制。 

8.根据权利要求3所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方 法，其特征在于所说的步骤(2)中的幅度控制能够实现重复频率倍增的光脉冲，即重复频率倍增的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的幅度控制为调节光纤布拉格光栅阵列对两路信号各条谱线产生的相移和θ_n使得幅度控制部分输出频谱的谱线间隔为输入光学频率梳的谱线间隔的两倍，则所述光脉冲的重复频率倍增。 

9.根据权利要求3所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说的步骤(3)中的相位控制能够实现脉冲位置可调的光脉冲，即脉冲位置可调的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足所述光脉冲的相位与线性相位的叠加，所说的线性相位即相邻谱线的相位差相等且相位关于中心波长反对称，则所述光脉冲的脉冲位置的变化量由相邻谱线的相位Δφ和相邻谱线的频率间隔f_rep决定，满足τ＝Δφ/2πf_rep。 

10.根据权利要求3所说的一种基于三阵列光纤光栅的光脉冲整形器的工作方法，其特征在于所说的步骤(3)中的相位控制能够实现重复频率倍增的光脉冲，即重复频率倍增的周期性三角光脉冲、周期性高斯光脉冲、周期性矩形光脉冲，周期性单边指数光脉冲、周期性锯齿光脉冲、幅度谱为周期性锯齿光脉冲的幅度谱而相位谱为双曲线轮廓的波形光脉冲或幅度谱为周期性高斯光脉冲的幅度谱而相位谱为周期性锯齿光脉冲的相位谱的波形光脉冲，实施的相位控制为调节光纤拉伸器使得相位控制器输出端的信号的频谱相位满足所述波形光脉冲的相位与线性相位的叠加，所述线性相位即相邻谱线的相位差为π/2且相位关于中心波长对称，则所述光脉冲的重复频率倍增。