CN109449745B - 随机布里渊动态光栅的产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机布里渊动态光栅的产生装置，包括激光源、1×2光纤耦合器、第一电光调制器、第一随机光脉冲发生器、第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第一偏振控制器、第二电光调制器、第二随机光脉冲发生器、第二光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器、保偏光纤。本发明利用两个不同重复频率随机变化的随机光脉冲作为两束泵浦光，分别从保偏光纤的两端注入，其偏振方向相同，频差为光纤的布里渊频移，在保偏光纤相遇处产生一个新的布里渊动态光栅。该随机布里渊动态光栅的光栅周期是不均匀的，产生的光栅是随机分布的，可被用于提供随机反馈，实现光子局域化，从而构建随机光纤激光器。

Description

随机布里渊动态光栅的产生装置及方法
技术领域
本发明涉及布里渊动态光栅技术领域，具体是一种随机布里渊动态光栅的产生装置及方法。
背景技术
布里渊动态光栅(BDG)因具有全光产生、参数灵活可控的优点，已经被应用于光纤传感、可变光延迟、全光信号处理、高精度光谱分析仪等领域。布里渊动态光栅的概念是2008年首次被提出，布里渊动态光栅的产生是通过向光纤两端分别注入偏振方向相同、频率差为布里渊频移的两束泵浦光，在光纤中相遇发生干涉，干涉信号调制光纤的折射率从而形成布里渊动态光栅(Optics Letters,2008,33(9):926-928.)。目前，布里渊动态光栅的产生依据泵浦光的信号格式主要可分为两类：时域系统和相干域系统。在时域系统中，通常采用脉冲光信号作为泵浦光产生布里渊动态光栅；在相干域系统中，通常采用频率被正弦调制的两个同步连续光信号或者两个同步的伪随机码信号作为泵浦光来产生布里渊动态光栅。近来，利用混沌激光作为泵浦光，在保偏光纤中产生了混沌布里渊动态光栅(Optics Communications,2017,396:210-215.)。
发明内容
本发明为了解决现有的布里渊动态光栅因光栅周期均匀、光栅分布规律而无法应用在随机光纤激光器中，提出一种新的布里渊动态光栅产生装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种随机布里渊动态光栅的产生装置，包括：激光源、1×2光纤耦合器、第一电光调制器、第一随机光脉冲发生器、第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第一偏振控制器、第二电光调制器、第二随机光脉冲发生器、第二光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器、保偏光纤。
所述激光源的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器的入射端连接。
所述1×2光纤耦合器的第一个出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器入射端连接；所述第一随机光脉冲发生器的信号输出端与第一电光调制器的信号输入端连接；所述第一电光调制器出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器入射端连接；所述第一光隔离器出射端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器的入射端连接；所述第一掺铒光纤放大器的出射端通过单模光纤跳线与单边带调制器的入射端连接；所述微波源的信号输出端与单边带调制器的信号输入端连接；所述单边带调制器的出射端通过单模光纤跳线与第一偏振控制器的入射端连接。
所述1×2光纤耦合器的第二个出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器入射端连接；所述第二随机光脉冲发生器的信号输出端与第二电光调制器的信号输入端连接；所述第二电光调制器出射端通过单模光纤跳线与第二光隔离器入射端连接；所述第二光隔离器出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤一端连接，所述延迟光纤的另一端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器的入射端连接；所述第二掺铒光纤放大器的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器的入射端连接；所述第二偏振控制器的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器的入射端连接。
所述保偏光纤的两端分别与第一偏振控制器的出射端和偏振合束器的出射端连接。
一种随机布里渊动态光栅的产生方法(该方法在上述的随机布里渊动态光栅的产生装置中实现)，该方法采用如下步骤实现：
激光源输出激光经过1×2光纤耦合器分成两路泵浦光源。
第一路泵浦光经过第一电光调制器后，被第一随机光脉冲发生器后被调制为重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲经过第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器进行放大，被放大的重复频率随机变化的随机光脉冲经微波源控制的单边带调制器作用后进行频移，频移的大小为保偏光纤的布里渊频移量，频移后的重复频率随机变化的随机光脉冲再经过第一偏振控制器进入保偏光纤的一个光学主轴。
第二路泵浦光经过第二电光调制器后，被第二随机光脉冲发生器被调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲依次经过第二光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器进入保偏光纤的同一光学主轴。
两路随机光脉冲泵浦光在保偏光纤中相遇发生干涉效应，由此干涉后产生的信号光调制保偏光纤的折射率，形成随机布里渊动态光栅。
本发明利用两个不同重复频率随机变化的随机光脉冲作为两束泵浦光，分别从保偏光纤的两端注入，其偏振方向相同，频差为光纤的布里渊频移，在保偏光纤相遇处产生一个新的布里渊动态光栅，称之为随机布里渊动态光栅。与现有的布里渊动态光栅相比，随机布里渊动态光栅的光栅周期是不均匀的，产生的光栅是随机分布的。随机布里渊动态光栅因其具有这一独特的特性，可被用于提供随机反馈，实现光子局域化，从而构建随机光纤激光器。
本发明所述的随机布里渊动态光栅存在以下优点：
1、随机布里渊动态光栅的产生是由两个不同重复频率随机变化的随机光脉冲作为两束泵浦光，在保偏光纤中发生干涉，干涉场调制光纤折射率而形成。与其它的布里渊动态光栅相比，随机布里渊动态光栅的光栅周期是不均匀的，产生的光栅是随机分布的，可被用于提供随机反馈，实现光子局域化，从而构建随机光纤激光器。
2、与目前利用飞秒激光在光纤中刻入固定性的随机光纤光栅相比随机布里渊动态光栅是通过在光纤两端实时注入泵浦光快速形成的，具有快速重构、读写分离、位置可调的优点。
附图说明
图1表示本发明所述随机布里渊动态光栅产生装置的示意图。
图2表示数值模拟产生的随机布里渊动态光栅的结果图。
图中：1-激光源，2-1×2光纤耦合器，3-第一电光调制器，4-第一随机光脉冲发生器，5-第一光隔离器，6-第一掺铒光纤放大器，7-单边带调制器，8-微波源，9-第一偏振控制器，10-第二电光调制器，11-第二随机光脉冲发生器，12-第二光隔离器，13-延迟光纤，14-第二掺铒光纤放大器，15-第二偏振控制器，16-偏振合束器，17-保偏光纤。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种随机布里渊动态光栅的产生装置，如图1所示，包括激光源1、1×2光纤耦合器2、第一电光调制器3、第一随机光脉冲发生器4、第一光隔离器5、第一掺铒光纤放大器6、单边带调制器7、微波源8、第一偏振控制器9、第二电光调制器10、第二随机光脉冲发生器11、第二光隔离器12、延迟光纤13、第二掺铒光纤放大器14、第二偏振控制器15、偏振合束器16、保偏光纤17。
激光源1的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器2的入射端连接，激光源1的输出经过1×2光纤耦合器2分成两路泵浦光；1×2光纤耦合器2的第一个出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器3入射端连接；第一随机光脉冲发生器4的信号输出端与第一电光调制器3的信号输入端连接；第一电光调制器3出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器5入射端连接；第一光隔离器5出射端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器6的入射端连接；第一掺铒光纤放大器6的出射端通过单模光纤跳线与单边带调制器7的入射端连接；微波源8的信号输出端与单边带调制器7的信号输入端连接；单边带调制器7的出射端通过单模光纤跳线与第一偏振控制器9的入射端连接。1×2光纤耦合器2的第二个出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器10入射端连接；第二随机光脉冲发生器11的信号输出端与第二电光调制器12的信号输入端连接；第二电光调制器12出射端通过单模光纤跳线与第二光隔离器12入射端连接；第二光隔离器12出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤13一端连接，延迟光纤13的另一端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器14的入射端连接；第二掺铒光纤放大器14的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器15的入射端连接；第二偏振控制器15的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器16的入射端连接；保偏光纤17的两端分别与第一偏振控制器9的出射端和偏振合束器16的出射端连接。
随机布里渊动态光栅的产生方法：
激光源输出激光经过1×2光纤耦合器分成两路泵浦光源。第一路泵浦光经过第一电光调制器后，被第一随机光脉冲发生器后被调制为重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲经过第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器进行放大，被放大的重复频率随机变化的随机光脉冲经微波源控制的单边带调制器作用后进行频移，频移的大小为保偏光纤的布里渊频移量，频移后的重复频率随机变化的随机光脉冲再经过第一偏振控制器进入保偏光纤的一个光学主轴。第二路泵浦光经过第二电光调制器后，被第二随机光脉冲发生器被调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲依次经过第二光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器进入保偏光纤的同一光学主轴。两路随机光脉冲泵浦光在保偏光纤中相遇发生干涉效应，由此干涉后产生的信号光调制保偏光纤的折射率，形成随机布里渊动态光栅。
具体实施时，重复频率随机变化的随机光脉冲的脉冲宽度为0.08ns，1×2光纤耦合器的耦合比为50:50，保偏光纤17为熊猫型保偏光纤。
目前通过数值模拟实验产生了随机布里渊动态光栅；利用两束重复频率随机变化的随机光脉冲作为两路泵浦光源，即Pump1和Pump2，且脉冲宽度为0.08ns，两束泵浦光为偏振方向相同，相差一个布里渊频移的频率差，在保偏光中相遇发生干涉作用而形成随机布里渊动态光栅。在数值模拟中，利用两束泵浦光和一个声波场组成的耦合波方程组建立了随机布里渊动态光栅产生的理论模型：
其中，Ap1，Ap2分别表示Pump1，Pump2的慢变电场振幅；Q为Pump1和Pump2在保偏光纤中发生干涉后，电致伸缩作用产生的声波场振幅；β1s为保偏光纤慢轴单位长度的群时延；Δω＝νpump1-νpump2-νB，是Pump1和Pump2的频率失谐量；τB为声子寿命。
通过上述耦合方程组数值仿真得到的随机布里渊动态光栅的声波场分布，即随机布里渊动态光栅，如图2所示。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种随机布里渊动态光栅的产生装置，其特征在于：包括激光源（1）、1×2光纤耦合器（2）、第一电光调制器（3）、第一随机光脉冲发生器（4）、第一光隔离器（5）、第一掺铒光纤放大器（6）、单边带调制器（7）、微波源（8）、第一偏振控制器（9）、第二电光调制器（10）、第二随机光脉冲发生器（11）、第二光隔离器（12）、延迟光纤（13）、第二掺铒光纤放大器（14）、第二偏振控制器（15）、偏振合束器（16）、保偏光纤（17）；
所述激光源（1）的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器（2）的入射端连接；
所述1×2光纤耦合器（2）的第一个出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器（3）入射端连接；所述第一随机光脉冲发生器（4）的信号输出端与第一电光调制器（3）的信号输入端连接；所述第一电光调制器（3）出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器（5）入射端连接；所述第一光隔离器（5）出射端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器（6）的入射端连接；所述第一掺铒光纤放大器（6）的出射端通过单模光纤跳线与单边带调制器（7）的入射端连接；所述微波源（8）的信号输出端与单边带调制器（7）的信号输入端连接；所述单边带调制器（7）的出射端通过单模光纤跳线与第一偏振控制器（9）的入射端连接；
所述1×2光纤耦合器（2）的第二个出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器（10）入射端连接；所述第二随机光脉冲发生器（11）的信号输出端与第二电光调制器（12）的信号输入端连接；所述第二电光调制器（12）出射端通过单模光纤跳线与第二光隔离器（12）入射端连接；所述第二光隔离器（12）出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤（13）一端连接，所述延迟光纤（13）的另一端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器（14）的入射端连接；所述第二掺铒光纤放大器（14）的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器（15）的入射端连接；所述第二偏振控制器（15）的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器（16）的入射端连接；
所述保偏光纤（17）的两端分别与第一偏振控制器（9）的出射端和偏振合束器（16）的出射端连接。
2.根据权利要求1所述的随机布里渊动态光栅的产生装置，其特征在于：所述1×2光纤耦合器（2）的耦合比为50:50，所述保偏光纤（17）为熊猫型保偏光纤。
3.一种随机布里渊动态光栅的产生方法，该方法在权利要求1或2所述的随机布里渊动态光栅的产生装置中实现，该方法采用如下步骤实现：
激光源（1）输出激光经过1×2光纤耦合器（2）分成两路泵浦光源；
第一路泵浦光经过第一电光调制器（3）后，被第一随机光脉冲发生器（4）调制为重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲经过第一光隔离器（5）、第一掺铒光纤放大器（6）进行放大，被放大的重复频率随机变化的随机光脉冲经微波源（8）控制的单边带调制器（7）作用后进行频移，频移的大小为保偏光纤（17）的布里渊频移量，频移后的重复频率随机变化的随机光脉冲再经过第一偏振控制器（9）进入保偏光纤（17）的一个光学主轴；
第二路泵浦光经过第二电光调制器（10）后，被第二随机光脉冲发生器（11）调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲依次经过第二光隔离器（12）、延迟光纤（13）、第二掺铒光纤放大器（14）、第二偏振控制器（15）、偏振合束器（16）进入保偏光纤（17）的同一光学主轴；
两路随机光脉冲泵浦光在保偏光纤（17）中相遇发生干涉效应，由此干涉后产生的信号光调制保偏光纤的折射率，形成随机布里渊动态光栅。
4.根据权利要求3所述的随机布里渊动态光栅的产生方法，其特征在于：两束重复频率随机变化的随机光脉冲的脉冲宽度均为0.08ns。
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