CN104777697A - 一种随机偏振反馈系统光频梳产生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种随机偏振反馈系统光频梳产生器,包括泵浦光耦合预放大模块与随机偏振系统反馈模块,泵浦光耦合预放大模块将若干泵浦光源进行耦合,并放大到至少100mw作为输出;随机偏振系统反馈模块用于将泵浦光放大到至少1w,滤除自发辐射噪声,然后获得两个相互垂直的偏振态光,再利用两个偏振态光产生级联四波混频,然后进行耦合输出,耦合输出分为两部分,功率较大一部分作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入用于提高四波混频的效率,功率较小的另一部分作为光频梳输出。本发明的随机偏振反馈系统光频梳产生器结构简单,成本低廉,光频梳谱线与谱线之间的间隔在一定范围内可以任意调节,光频梳的谱线数量较多且平坦,具有很好的实际应用价值。

Description

一种随机偏振反馈系统光频梳产生器
技术领域
本发明涉及非线性光学领域,特别涉及基于级联四波混频的光频梳产生器。
背景技术
高效级联四波混频效应是光频梳产生器的一种常用技术。光频梳可以用作精密刻度的尺和定时器,也可以利用光频梳研制超灵敏的化学探测器;通过光频梳与许多激光器可以合成相干性极好的单束光脉冲序列;光频梳也可以实现光子信道化射频接收机,把射频信号调制在光频梳上,接接收就可以完成信道化处理。
光频梳的产生有许多技术方法。锁模激光器产生光频梳成本比较高,谱线与谱线之间的距离不能够有效调节,而且设计和操作比较复杂。级联电光调制或相位调制与强度调制结合产生光频梳,但是产生光频梳的谱线数量受限于调制器的驱动射频信号,光频梳的特性严格取决于调制器的工作状态,调制器的许多参数需要不断优化,使的系统成本高且不稳定,产生的光频梳数量较少、不平坦。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种随机偏振反馈系统光频梳产生器。
本发明采用的技术方案为:一种随机偏振反馈系统光频梳产生器,包括:泵浦光耦合预放大模块、随机偏振系统反馈模块,泵浦光耦合预放大模块的输出作为随机偏振系统反馈模块的输入;
所述泵浦光耦合预放大模块用于将若干泵浦光源进行耦合,并放大到至少100mw作为输出;
所述随机偏振系统反馈模块用于将泵浦光放大到至少1w,滤除自发辐射噪声,然后获得两个相互垂直的偏振态光,再利用两个偏振态光产生级联四波混频,然后进行耦合输出,耦合输出分为两部分,一部分作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入用于提高四波混频的效率,另一部分作为光频梳输出。
进一步地,所述作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入部分的耦合输出功率大于作为光频梳输出的耦合输出功率。
进一步地,所述泵浦光耦合预防大模块包括至少三个泵浦光源、第一耦合器和第一放大器;所述至少三个泵浦光源通过第一耦合器耦合在一起,第一耦合器的输出作为第一放大器的输入,第一放大器的输出作为随机偏振系统模块的输入。
更进一步地,所述泵浦光耦合预防大模块还包括相位调制器,所述相位调制器的输入端与第一耦合器的输出端相连,所述相位调制器的输出端与第一放大器的输入端相连。
进一步地,所述随机偏振反馈系统模块包括第二耦合器、第二放大器、光滤波器、第三耦合器、偏振分束器和高非线性光纤;所述第二耦合器的输出端与第二放大器的输入端相连,第二放大器的输出端与光滤波器的输入端相连,光滤波器的输出端与偏振分束器的第一端相连;所述偏振分束器用于输出两个相互垂直的偏振态光;所述两个偏振态光分别从偏振分束器的第二端和第三端输出,且所述两个偏振态光在高非线性光纤中发生四波混频效应,然后由偏振分束器第四端输出作为第三耦合器的输入;所述第三耦合器第一输出端作为反馈输入到第二耦合器,用于提高四波混频的效率;所述第三耦合器第二输出端作为光频梳输出。
更进一步地,所述第三耦合器的第一输出端的输出功率大于第三耦合器的第二输出端的输出功率。
本发明的有益效果:本发明的随机偏振反馈系统光频梳产生器,包括泵浦光耦合预放大模块与随机偏振系统反馈模块,泵浦光耦合预放大模块将若干泵浦光源进行耦合,并放大到至少100mw作为输出;随机偏振系统反馈模块用于将泵浦光放大到至少1w,滤除自发辐射噪声,然后获得两个相互垂直的偏振态光,再利用两个偏振态光产生级联四波混频,然后进行耦合输出,耦合输出分为两部分,功率较大一部分作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入用于提高四波混频的效率,功率较小的另一部分作为光频梳输出。本发明的随机偏振反馈系统光频梳产生器结构简单,成本低廉,光频梳谱线与谱线之间的间隔在一定范围内可以任意调节,光频梳的谱线数量较多且平坦,具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1为一种随机偏振反馈系统光频梳产生器结构图。
图2为本发明实施例提供的随机偏振反馈系统光频梳产生器结构图。
图3为本发明提供的实施例。
图4为本发明实施例提供的图2的逻辑分析图。
图5为随机偏振反馈系统光频梳的输出光谱。
图6无反馈与偏振分束器的输出光谱。
具体实施方式
为便于本领域普通技术人员对本发明的理解,下面结合附图对本发明内容进行详细说明。
图1所示为本发明的一种随机偏振反馈系统光频梳产生器结构图。
包括:泵浦光耦合预放大模块与随机偏振系统反馈模块,泵浦光耦合预放大模块的输出作为随机偏振系统反馈模块的输入。
泵浦光耦合预放大模块用于将若干泵浦光源进行耦合,并放大到至少100mw作为输出。
随机偏振系统反馈模块用于将泵浦光放大到至少1w,滤除自发辐射噪声,然后获得两个相互垂直的偏振态光,再利用两个偏振态光产生级联四波混频,然后进行耦合输出,耦合输出分为两部分,功率较大的一部分作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入用于提高四波混频的效率,功率较小的另一部分作为光频梳输出。
如图2所示为本发明实施例提供的随机偏振反馈系统光频梳产生器结构图,本发明实施例以三个泵浦光源为例进行说明。
如图2所示,泵浦光耦合预防大模块包括第一泵浦光源1、第二泵浦光源2、第三泵浦光源3、第一耦合器4、第一放大器5,随机偏振系统反馈模块包括第二耦合器6、第二放大器11、光滤波器12、偏振分束器7、高非线性光纤8、第三耦合器9。
第一泵浦光源1、第二泵浦光源2、第三泵浦光源3通过第一耦合器4耦合在一起,第一耦合器4的输出作为第一放大器5的输入;第一放大器5的输出与第二耦合器6的第一输入端相连;第二耦合器6的输出与第二放大器11的输入相连,用于将泵浦光放大到至少1w产生比较大的入纤功率;第二放大器的输出与光滤波器12的输入相连,用于滤除第一放大器以及第二放大器的自发辐射噪声;光滤波器12的输出与偏振分束器7的第一端端相连,偏振分束器7的第二端与高非线性光纤的第一端相连,高非线性光纤的第二端与偏振分束器7的第三端相连,偏振分束器7的第四端与第三耦合器9相连作为第三耦合器9的输入,第三耦合器9的第一输出端与光谱仪相连用于观察产生的光频梳,第三耦合器9的第二输出端与第二耦合器6的第二输入端相连用于提高四波混频的效率。
所述第一放大器5采用低噪声光纤放大器,第二放大器11采用高功率掺铒光纤放大器。
如图3所示为本发明提供的实施例,与图2的区别在于泵浦光耦合预防大模块包含相位调制器。
相位调制器10的输入端与第一耦合器4的输出端相连,所述相位调制器10的输出端与第一放大器5的输入端相连,用于抑制受激布里渊散射,使更多的光功率用于发生级联四波混频。
如图4所示为本发明实施例提供的图2的逻辑分析图,如图4所示,通过偏振分束器7获取得到两路相互垂直的偏振态光,其中一路偏振态光从偏振分束器的第二端(7-2)出来,经过高非线性光纤8发生四波混频效应,经偏振分束器7的第三端(7-3)进入偏振分束器7;另一路偏振态光从偏振分束器的第三端(7-3)出来,经过高非线性光纤8发生四波混频效应,经偏振分束器7的第二端(7-2)进入偏振分束器7;并且两路偏振态光在偏振分束器7的第四端(7-4)合在一起输出作为第三耦合器9的输入,经耦合器9耦合输出功率较大的一部分反馈回第二耦合器6用于提高四波混频效率,第三耦合器9耦合输出功率较小的部分作为光频梳的输出,通过光谱仪14进行观察。
现举例说明本发明的技术方案。以C波段1530-1565nm波长范围为例,设定第一泵浦光源1、第二泵浦光源2和第三泵浦光源3的频率分别为194.35THz、194.25THz、194.05,功率都为15mW;高非线性光纤(HNLF)长度为5m,在参考波长1550nm处的色散为0.04ps/nm/km,色散斜率为0.015ps/nm2/km,非线性系数为26w-1km-1;反馈系统的仿真参数设定为4圈。实际使用中,本领域技术人员可调整一些系统参数来改变光频梳的数量与平坦性,实现系统的优化。例如,通过提高三个泵浦光功率,减小光纤长度,减小光纤的色散与色散斜率,这样可以提高光频梳数量和平坦性;而改变分光比,提高系统反馈率,如分光比为1比1和1比9,那么反馈率为45%,反馈率的提高会增加四波混频效率。
通过软件仿真得到随机偏振反馈系统输出的光谱如图5所示,光频率梳之间光功率最大相差不超过5dB(如图5中箭头所示),可见随机偏振反馈系统得到的光频梳平坦性良好。通过无反馈与无偏振分束器之后的输出光谱如图6所示,谱线之间的功率最大相差50dB,这种光频梳不利于实际的应用。通过比较随机偏振反馈系统所得光频梳谱线数比无反馈与无偏振分束器所得谱线数量多19条。这里所提的谱线计数主要是指相差在10dB左右的谱线。
本发明的一种随机偏振反馈系统光频梳产生器,其优点在于:第一耦合器耦合后的泵浦光经过相位调制器,抑制受激布里渊散射,使更多的光功率用于发生级联四波混频;通过第一放大器采用低噪声光纤放大器与第二放大器采用高功率掺铒光纤放大器,产生比较大的入纤光功率;通过光滤波器滤除第一放大器与第二放大器中产生的自发辐射噪声;再经偏振分束器,使级联四波混频的效应不受泵浦光偏振态的影响;通过反馈系统提高级联四波混频的效率;进而,通过设置第二耦合器与第三耦合器的参数,可使低阶四波混频光的功率获得更大的提高。本发明的随机偏振反馈系统光频梳产生器结构简单,成本低廉,光频梳谱线与谱线之间的间隔在一定范围内可以任意调节,例如,可以通过调节三个泵浦光之间的频率,从而调节光频梳谱线之间的间隔。光频梳的谱线数量较多且平坦,具有很好的实际应用价值。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,包括:泵浦光耦合预放大模块、随机偏振系统反馈模块,泵浦光耦合预放大模块的输出作为随机偏振系统反馈模块的输入;
所述泵浦光耦合预放大模块用于将若干泵浦光源进行耦合,并放大到至少100mw作为输出;
所述随机偏振系统反馈模块用于将泵浦光放大到至少1w,滤除自发辐射噪声,然后获得两个相互垂直的偏振态光,再利用两个偏振态光产生级联四波混频,然后进行耦合输出,耦合输出分为两部分,一部分作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入用于提高四波混频的效率,另一部分作为光频梳输出。
2.根据权利要求1所述的随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,所述作为随机偏振系统反馈模块的反馈输入部分的耦合输出功率大于作为光频梳输出的耦合输出功率。
3.根据权利要求2所述的随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,所述泵浦光耦合预防大模块包括至少三个泵浦光源、第一耦合器和第一放大器;所述至少三个泵浦光源通过第一耦合器耦合在一起,第一耦合器的输出作为第一放大器的输入,第一放大器的输出作为随机偏振系统模块的输入。
4.根据权利要求3所述的随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,所述泵浦光耦合预防大模块还包括一相位调制器,所述相位调制器的输入端与第一耦合器的输出端相连,所述相位调制器的输出端与第一放大器的输入端相连。
5.根据权利要求1至4任一所述的随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,所述随机偏振反馈系统模块包括第二耦合器、第二放大器、光滤波器、第三耦合器、偏振分束器和高非线性光纤;所述第二耦合器的输出端与第二放大器的输入端相连,第二放大器的输出端与光滤波器的输入端相连,光滤波器的输出端与偏振分束器的第一端相连;所述偏振分束器用于输出两个相互垂直的偏振态光;所述两个偏振态光分别从偏振分束器的第二端和第三端输出,且所述两个偏振态光在高非线性光纤中发生四波混频效应,然后由偏振分束器第四端输出作为第三耦合器的输入;所述第三耦合器第一输出端作为反馈输入到第二耦合器,用于提高四波混频的效率;所述第三耦合器第二输出端作为光频梳输出。
6.根据权利要求5所述的随机偏振反馈系统光频梳产生器,其特征在于,所述第三耦合器的第一输出端的输出功率大于第三耦合器的第二输出端的输出功率。
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