CN104319606A

CN104319606A - 光控动态超短光脉冲波形合成器

Info

Publication number: CN104319606A
Application number: CN201410652050.8A
Authority: CN
Inventors: 董小伟; 倪品品
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: CN104319606B

Abstract

本发明公开一种光控动态超短光脉冲波形合成器，涉及光通信、激光领域。包括，锁模激光器（1）、第一至第N2×2光耦合器（71、72、……、7N）、第一至第N1×2光耦合器（81、82、……、8N）、第一至第N微环谐振腔阵列（61、62、……、6N）、第一至第N泵浦光源（31、32、……、3N）、掺铒光纤放大器（2）、光电探测器（5）、比特发生器（4）、光功率分配器（10）、光网络分析仪（9）。第一至第N2×2光耦合器的第二、第三端口分别连接第一至第N微环谐振腔阵列，构成超短光脉冲波形合成部分；比特发生器的输出经第一至第N泵浦光源与第一至第N1×2光耦合器第三端口相连，构成光反馈调谐部分。

Description

光控动态超短光脉冲波形合成器

技术领域

本发明涉及光通信、激光领域，尤其涉及一种光控动态超短光脉冲波形合成器。

背景技术

随着科学技术的发展，尤其是信息技术的飞速进步，超短激光脉冲呈现出日新月异的发展，人们已产生了皮秒乃至飞秒级的超短脉冲。目前基于锁模技术的传统超短光脉冲产生方案，通常只能输出高斯形或双曲正割形脉冲，不能满足特殊应用场合的需要。

超短光脉冲波形合成方案主要包括：(1)基于空间4f傅里叶变换的超短光脉冲波形合成系统：主要由一对衍射光栅、透镜和一个脉冲整形模板组成，其中衍射光栅起到将光脉冲的各光频成分扩散和重新组合的作用；透镜起到傅里叶变换和反变换的作用；模板相当于空间调制器或空间滤波器，通过设计不同的模板对各光频率成分的幅度或相位进行调节，使得输出的光脉冲波形发生变化。但是，由于采用衍射光栅和透镜体光学器件，这种系统缺乏必要的紧凑性和牢固度，空间震动和元件光洁度等会对脉冲整形质量造成影响。(2)基于光纤光栅的超短光脉冲波形合成系统，如P. Petropoulos等人利用特殊设计的超结构光纤布拉格光栅，获得了矩形超短光脉冲[P. Petropoulos, M. Ibsen, A. D. Ellis, D. J. Richardson, “Rectangular pulse generation based on pulse reshaping using a superstructured fiber Bragg grating”, Journal of Lightwave Technology, 2001, 19(5): 746-752]；Reza等人采用光栅同向耦合器，获得了三角形超短光脉冲[Reza Ashrafi, Ming Li, Sophie LaRochelle, Josa Azana, “Superluminal space-to-time mapping in grating-assisted co-directional couplers”, Optics Express, 2013, 21(5): 6249-6256]。但是，光纤光栅一旦制成其结构参数固定，光谱响应性能不能改变，致使为获得多种光脉冲波形，需要预定与之匹配的多个光纤光栅，调节灵活性差，成本较高。

综上所述，目前超短光脉冲波形合成系统结构复杂、成本较高，极大地限制了激光、光通信领域的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有超短光脉冲波形合成器暴露出的不足，提出一种低成本、可灵活调节的光控动态超短光脉冲波形合成器。

本发明的技术方案：

本发明提出一种光控动态超短光脉冲波形合成器，包括，锁模激光器、第一至第N 2×2光耦合器、第一至第N 1×2光耦合器、第一至第N微环谐振腔阵列、第一至第N泵浦光源、掺铒光纤放大器、光电探测器、比特发生器、光功率分配器、光网络分析仪；其构成器件的连接：

锁模激光器的输出与第一2×2光耦合器的第一端口连接，构成超短光脉冲输入部分；

第一至第N 2×2光耦合器的第二端口和第三端口分别与第一至第N微环谐振腔阵列相连，第一至第N 2×2光耦合器的第四端口分别与第一至第N 1×2光耦合器的第一端口相连，构成超短光脉冲波形合成部分；

第一至第N-1 1×2光耦合器的第二端口分别与第二至第N 2×2光耦合器的第一端口相连，第N 1×2光耦合器的第二端口经掺铒光纤放大器与光电探测器输入连接，光电探测器的输出连接光功率分配器的输入端口相连，光功率分配器的第一输出端口连接比特发生器的输入，比特发生器的输出分别连接第一至第N泵浦光源的输入，第一至第N泵浦光源的输出分别连接第一至第N 1×2光耦合器的第三端口，构成光反馈调谐部分；

光功率分配器的第二输出端口与光网络分析仪相连，构成超短光脉冲波形检测部分；

所述的超短光脉冲输入部分、超短光脉冲波形合成部分、光反馈调谐部分、超短光脉冲波形检测部分，构成光控动态超短光脉冲波形合成器。

附图说明

图1为光控动态超短光脉冲波形合成器，2≤N≤9整数，1≤M≤9整数的结构示意图。

图2为光控动态超短光脉冲波形合成器，N取2，M取1的结构示意图。

图3为光控动态超短光脉冲波形合成器，N取9，M取9的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一，如图1，一种光控动态超短光脉冲波形合成器包括，锁模激光器1、第一至第N 2×2光耦合器71、72、……、7N、第一至第N 1×2光耦合器81、82、……、8N、第一至第N微环谐振腔阵列61、62、……、6N、第一至第N泵浦光源31、32、……、3N、掺铒光纤放大器2、光电探测器5、比特发生器4、光功率分配器10、光网络分析仪9。上述各器件的连接如下：

锁模激光器1的输出与第一2×2光耦合器71的第一端口连接，构成超短光脉冲输入部分；

第一至第N 2×2光耦合器71、72、……、7N的第二端口和第三端口分别与第一至第N微环谐振腔阵列61、62、……、6N相连，第一至第N 2×2光耦合器的第四端口分别与第一至第N 1×2光耦合器81、82、……、8N的第一端口相连，构成超短光脉冲波形合成部分；

第一至第N-1 1×2光耦合器81、82、……、8N-1的第二端口分别与第二至第N 2×2光耦合器72、……、7N的第一端口相连，第N 1×2光耦合器8N的第二端口经掺铒光纤放大器2与光电探测器5的输入连接，光电探测器5的输出与光功率分配器10的输入端口相连，光功率分配器10的第一输出端口连接比特发生器4的输入，比特发生器4的输出分别连接第一至第N泵浦光源31、32、……、3N的输入，第一至第N泵浦光源31、32、……、3N的输出分别连接第一至第N 1×2光耦合器81、82、……、8N的第三端口，构成光反馈调谐部分；

光功率分配器10的第二输出端口与光网络分析仪9相连，构成超短光脉冲波形检测部分；

所述的第一微环谐振腔阵列61由第一一微环谐振腔611、第一二微环谐振腔612、……、第一M微环谐振腔61M相互串联构成；

所述的第二微环谐振腔阵列62由第二一微环谐振腔621、第二二微环谐振腔622、……、第二M微环谐振腔62M相互串联构成；

……；

所述的第N微环谐振腔阵列6N由第N一微环谐振腔6N1、第N二微环谐振腔6N2、……、第NM微环谐振腔6NM相互串联构成；

所有的微环谐振腔均由平面波导集成制作，或均由双锥微细光纤自缠绕耦合制作。

2≤N≤9整数；1≤M≤9；

实施例二，如图2，一种光控动态超短光脉冲波形合成器包括，锁模激光器1、第一、第二 2×2光耦合器71、72、第一、第二1×2光耦合器81、82、第一、第二微环谐振腔61、62、第一、第二泵浦光源31、32、掺铒光纤放大器2、光电探测器5、比特发生器4、光功率分配器10、光网络分析仪9。上述各器件的连接如下：

第一、第二 2×2光耦合器71、72的第二端口和第三端口分别与第一、第二微环谐振腔61、62相连，第一、第二2×2光耦合器的第四端口分别与第一、第二1×2光耦合器81、82的第一端口相连，构成超短光脉冲波形合成部分；

第一1×2光耦合器81的第二端口与第二2×2光耦合器72的第一端口连接、第二1×2光耦合器82的第二端口经掺铒光纤放大器2与光电探测器5的输入连接，光电探测器5的输出与光功率分配器10的输入端口相连，光功率分配器10的第一输出端口连接比特发生器4的输入，比特发生器4的输出分别连接第一、第二泵浦光源31、32的输入，第一、第二泵浦光源31、32的输出分别连接第一、第二 1×2光耦合器81、82的第三端口，构成光反馈调谐部分；

所述的第一、第二微环谐振腔61、62均由平面波导集成制作，或均由双锥微细光纤自缠绕耦合制作；

实施例三，如图3，一种光控动态超短光脉冲波形合成器包括，锁模激光器1、第一至第九2×2光耦合器71、72、……、79、第一至第九1×2光耦合器81、82、……、89、第一至第九微环谐振腔阵列61、62、……、69、第一至第九泵浦光源31、32、……、39、掺铒光纤放大器2、光电探测器5、比特发生器4、光功率分配器10、光网络分析仪9。上述各器件的连接如下：

第一至第九2×2光耦合器71、72、……、79的第二端口和第三端口分别与第一至第九微环谐振腔阵列61、62、……、69相连，第一至第九 2×2光耦合器的第四端口分别与第一至第九1×2光耦合器81、82、……、89的第一端口相连，构成超短光脉冲波形合成部分；

第一至第八1×2光耦合器81、82、……、88的第二端口分别与第二至第九2×2光耦合器72、……、79的第一端口相连，第九1×2光耦合器89的第二端口经掺铒光纤放大器2与光电探测器5的输入连接，光电探测器5的输出与光功率分配器10的输入端口相连，光功率分配器10的第一输出端口连接比特发生器4的输入，比特发生器4的输出分别连接第一至第九泵浦光源31、32、……、39的输入，第一至第九泵浦光源31、32、……、39的输出分别连接第一至第九1×2光耦合器81、82、……、89的第三端口，构成光反馈调谐部分；

所述的第一微环谐振腔阵列61由第一一微环谐振腔611、第一二微环谐振腔612、……、第一九微环谐振腔619相互串联构成；

所述的第二微环谐振腔阵列62由第二一微环谐振腔621、第二二微环谐振腔622、……、第二九微环谐振腔629相互串联构成；

……；

所述的第九微环谐振腔阵列69由第九一微环谐振腔691、第九二微环谐振腔692、……、第九九微环谐振腔699相互串联构成；

所有的微环谐振腔均由平面波导集成制作，或由双锥微细光纤自缠绕耦合制作。

Claims

1.一种光控动态超短光脉冲波形合成器，其特征在于，该合成器包括：锁模激光器（1）、第一至第N 2×2光耦合器（71、72、……、7N）、第一至第N 1×2光耦合器（81、82、……、8N）、第一至第N微环谐振腔阵列（61、62、……、6N）、第一至第N泵浦光源（31、32、……、3N）、掺铒光纤放大器（2）、光电探测器（5）、比特发生器（4）、光功率分配器（10）、光网络分析仪（9）；

所述各器件间的连接：

锁模激光器（1）的输出与第一2×2光耦合器（71）的第一端口连接，构成超短光脉冲输入部分；

第一至第N 2×2光耦合器（71、72、……、7N）的第二端口和第三端口分别与第一至第N微环谐振腔阵列（61、62、……、6N）相连，第一至第N 2×2光耦合器的第四端口分别与第一至第N 1×2光耦合器（81、82、……、8N）的第一端口相连，构成超短光脉冲波形合成部分；

第一至第N-1 1×2光耦合器（81、82、……、8N-1）的第二端口分别与第二至第N 2×2光耦合器（72、……、7N）的第一端口相连，第N 1×2光耦合器（8N）的第二端口经掺铒光纤放大器（2）与光电探测器（5）的输入连接，光电探测器（5）的输出与光功率分配器（10）的输入端口相连，光功率分配器（10）的第一输出端口连接比特发生器（4）的输入，比特发生器（4）的输出分别连接第一至第N泵浦光源（31、32、……、3N）的输入，第一至第N泵浦光源（31、32、……、3N）的输出分别连接第一至第N 1×2光耦合器（81、82、……、8N）的第三端口，构成光反馈调谐部分；

光功率分配器（10）的第二输出端口与光网络分析仪（9）相连，构成超短光脉冲波形检测部分；

所述的第一微环谐振腔阵列（61）由第一一微环谐振腔（611）、第一二微环谐振腔（612）、……、第一M微环谐振腔（61M）相互串联构成；

所述的第二微环谐振腔阵列（62）由第二一微环谐振腔（621）、第二二微环谐振腔（622）、……、第二M微环谐振腔（62M）相互串联构成；

……；

所述的第N微环谐振腔阵列（6N）由第N一微环谐振腔（6N1）、第N二微环谐振腔（6N2）、……、第NM微环谐振腔（6NM）相互串联构成；

2≤N≤9整数；1≤M≤9；

2.根据权利要求1所述的一种光控动态超短光脉冲波形合成器，其特征在于：所述的第一至第N微环谐振腔阵列（61、62、……、6N）中的所有微环谐振腔均由平面波导集成制作，或均由双锥微细光纤自缠绕耦合制作。

3.根据权利要求1所述的一种光控动态超短光脉冲波形合成器，其特征在于：所述的比特发生器（4）输出为由0或1组成的N比特码，共有2^N种码型。

4.根据权利要求1所述的一种光控动态超短光脉冲波形合成器，其特征在于：所述的泵浦光源的输出波长为980nm或1480nm，功率在0mW~100mW间可调，调节精度0.5mW。