CN110095842B - 基于双环形谐振腔的全光强度调制器 - Google Patents

基于双环形谐振腔的全光强度调制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器，包括3个耦合器、2个隔离器、环形波导、增益环形波导、可调光衰减器、波分复用器和激光器；环形波导连接第一耦合器的第一光输入输出端和第二光输入输出端、第一隔离器的光输入端和光输出端、第二耦合器的第一光输入输出端和第二光输入输出端，第一耦合器的第三光输入输出端连接第三耦合器的第一光输入输出端，第三耦合器的第四光输入输出端连接波分复用器的光输入输出端，波分复用器的光输入端连接激光器的光输出端，波分复用器的光输出端为本发明的光输出端；通过调节可调光衰减器的衰减系数、激光器输出的泵浦光的功率，可连续调节输出光强；本发明结构简单，全部由光学器件构成。

Description

基于双环形谐振腔的全光强度调制器
技术领域
本发明涉及光学器件的技术领域，具体涉及一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器。
背景技术
光强度调制器用于调节其输出光的强度，利用光强度调制器可使其输出光的强度按一定规律变化，光强度调制器是高速、短距离光通信的关键器件，是最重要的光学器件之一。按照调制机理，光强度调制器可分为：电光调制器，利用电光晶体(如铌酸锂)的折射率随外加电场而变化，即电光效应实现光强度调制；磁光调制器，利用光通过磁光晶体(如钇铁石榴石)时，在磁场作用下其偏振面可发生旋转实现光强度调制；声光调制器，利用材料(如铌酸锂)在声波作用下产生应变而引起折射率变化，即光弹效应实现光强度调制；波导型光调制器，利用集成光学技术在基片上制成薄膜光波导，实现电光、磁光或声光调制。
但是，传统的光强度调制器必须构建相应的电光、磁光、或声光系统才能调制输出光强度，例如在磁光调制器中，当光通过磁光晶体时，利用磁场控制线偏振光的偏振面的旋转，从而调节线偏振光通过检偏器后的强度。因此，目前的光强度调制器通常要求输入光为线偏振光，且光强度调制器结构复杂、体积大、成本高，特别是调制系统中存在非光学器件。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器，克服了目前光强度调制器结构复杂、体积大、存在非光学器件、难以连续调节输出光强的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器，包括第一耦合器、第一隔离器、环形波导、第二耦合器、第三耦合器、增益环形波导、可调光衰减器、第二隔离器、波分复用器和激光器，所述的第一耦合器的光输入端为本调制器的光输入端，所述的环形波导分别连接第一耦合器的第一光输入输出端及其第二光输入输出端、第一隔离器的光输入端及其光输出端、第二耦合器的第一光输入输出端及其第二光输入输出端，第一耦合器的第三光输入输出端连接第三耦合器的第一光输入输出端，增益环形波导分别连接第二耦合器的第三光输入输出端及其第四光输入输出端、第三耦合器的第二光输入输出端及其第三光输入输出端、可调光衰减器的光输入端及其光输出端、第二隔离器的光输入端及其光输出端，第三耦合器的第四光输入输出端连接波分复用器的光输入输出端，波分复用器的光输入端连接激光器的光输出端，波分复用器的光输出端为本调制器的光输出端；
所述的第一耦合器、第一隔离器、环形波导和第二耦合器构成第一环形谐振腔；
所述的第二耦合器、第三耦合器、增益环形波导、可调光衰减器和第二隔离器构成第二环形谐振腔；
所述的第一环形谐振腔的谐振频率与所述的第二环形谐振腔的谐振频率相同，均为本调制器的工作频率；
所述的可调光衰减器的工作频率为本调制器的工作频率，可调光衰减器的衰减系数能够调节，且仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光不受影响，当可调光衰减器的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器；
所述的激光器输出泵浦光，激光器输出的泵浦光的功率是能够调节，且泵浦光的频率与本调制器的工作频率不同，激光器输出的泵浦光能够泵浦增益环形波导；
所述的增益环形波导为本调制器提供增益，即当频率为本调制器工作频率的光通过被泵浦的增益环形波导时，能够获得增益；
所述的第一隔离器的工作频率与激光器输出的泵浦光的频率相同，第一隔离器仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光通过第一隔离器；所述的第二隔离器的工作频率为本调制器的工作频率，第二隔离器仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光能够通过第二隔离器；
所述的波分复用器的两个工作频率，其中一个工作频率与第一隔离器的工作频率、激光器输出的泵浦光的频率相同，另一个工作频率为本调制器的工作频率；
通过调节可调光衰减器的衰减系数和激光器输出的泵浦光的功率，可连续调节本调制器的输出光强。
本发明还具有如下技术特征：
1、如上所述的第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器均为2×2耦合器。
2、当可调光衰减器的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器，且不能在第二环形谐振腔中发生谐振，光无法在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，此时，光仅在第一环形谐振腔中发生谐振，且这种谐振为完全相消谐振，因此，频率为本调制器工作频率的光无法由本调制器的光输出端输出。
3、当可调光衰减器的衰减系数不是最大时，频率为本调制器工作频率的光可通过可调光衰减器，并在第二环形谐振腔中发生谐振，光在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，并经第一耦合器、第三耦合器、波分复用器，由本调制器的光输出端输出。
4、当可调光衰减器的衰减系数不是最大时，调节可调光衰减器的衰减系数，或调节激光器输出的泵浦光的功率，能够连续改变频率为本调制器工作频率的光在第二环形谐振腔中的损耗或增益，进而连续调节频率为本调制器工作频率的光，由本调制器的光输出端输出的光强。
本发明具有如下有益效果及优点：本发明结构简单、体积小，克服了目前光强度调制器结构复杂、体积大、存在非光学器件、难以连续调节输出光强的问题。其全部由光学器件构成，光可在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，第一环形谐振腔、第二环形谐振腔中各包含一个隔离器，利用一个可调光衰减器、一个可调激光器调节第二环形谐振腔中的损耗或增益，并结合第一环形谐振腔、第二环形谐振腔，实现了对输出光强的连续调节，且通过设置增益环形波导，使本发明在连续调节输出光强时，不仅可对光信号进行衰减，还可对光信号进行放大，当衰减最大时，光无法通过本强度调制器。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1所示，一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器，包括第一耦合器1、第一隔离器2、环形波导3、第二耦合器4、第三耦合器5、增益环形波导6、可调光衰减器7、第二隔离器8、波分复用器9和激光器10；第一耦合器1的光输入端为本调制器的光输入端，环形波导3分别连接第一耦合器1的第一光输入输出端及其第二光输入输出端、第一隔离器2的光输入端及其光输出端、第二耦合器4的第一光输入输出端及其第二光输入输出端，第一耦合器1的第三光输入输出端连接第三耦合器5的第一光输入输出端，增益环形波导6分别连接第二耦合器4的第三光输入输出端及其第四光输入输出端、第三耦合器5的第二光输入输出端及其第三光输入输出端、可调光衰减器7的光输入端及其光输出端、第二隔离器8的光输入端及其光输出端，第三耦合器5的第四光输入输出端连接波分复用器9的光输入输出端，波分复用器9的光输入端连接激光器10的光输出端，波分复用器9的光输出端为本调制器的光输出端；
所述的第一耦合器1、第一隔离器2、环形波导3、第二耦合器4构成第一环形谐振腔；所述的第二耦合器4、第三耦合器5、增益环形波导6、可调光衰减器7、第二隔离器8构成第二环形谐振腔；
所述的第一环形谐振腔的谐振频率与第二环形谐振腔的谐振频率相同，均为本调制器的工作频率；所述的可调光衰减器7的工作频率为本调制器的工作频率，可调光衰减器7的衰减系数是可调的，且仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光不受影响，当可调光衰减器7的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器7；所述的激光器10输出泵浦光，激光器10输出的泵浦光的功率是可调的，且泵浦光的频率与本调制器的工作频率不同，激光器10输出的泵浦光可泵浦增益环形波导6；所述的增益环形波导6可为本调制器提供增益，即当频率为本调制器工作频率的光通过被泵浦的增益环形波导6时，可获得增益；所述的第一隔离器2的工作频率与激光器10输出的泵浦光的频率相同，第一隔离器2仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光可通过第一隔离器2；所述的第二隔离器8的工作频率为本调制器的工作频率，第二隔离器8仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光可通过第二隔离器8；所述的波分复用器9的两个工作频率，其中一个工作频率与第一隔离器2的工作频率、激光器10输出的泵浦光的频率相同，另一个工作频率为本调制器的工作频率；所述的第一耦合器1、第二耦合器4、第三耦合器5均为2×2耦合器；通过调节可调光衰减器7的衰减系数、激光器10输出的泵浦光的功率，可连续调节本调制器输出光强。
本实施例的工作原理：
所述的第一耦合器1、第一隔离器2、环形波导3、第二耦合器4构成第一环形谐振腔，所述的第二耦合器4、第三耦合器5、增益环形波导6、可调光衰减器7、第二隔离器8构成第二环形谐振腔，第一环形谐振腔的谐振频率与第二环形谐振腔的谐振频率相同，均为本调制器的工作频率；
当输入光的频率为本调制器的工作频率时，才是有效的，当输入光的频率为本调制器的工作频率时：
如图1所示，输入光由第一耦合器1的光输入端输入，经第一耦合器1进入第一环形谐振腔，在第一环形谐振腔中逆时针传输，由于第一隔离器2仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光可通过第一隔离器2，因此，光可通过第一隔离器2、并在第一环形谐振腔中发生谐振；
输入光也可经第一耦合器1、第三耦合器5进入第二环形谐振腔，由于此时进入第二环形谐振腔中的光将要逆时针传输，传输方向与第二隔离器8的导通方向相反，因此，光无法通过第二隔离器8、且不能在第二环形谐振腔中发生谐振；
第一环形谐振腔中的光可经第二耦合器4进入第二环形谐振腔，在第二环形谐振腔中顺时针传输，传输方向与第二隔离器8的导通方向相同，因此，光可通过第二隔离器8；此时，如果可调光衰减器7的衰减系数是最大时，光无法通过可调光衰减器7、且不能在第二环形谐振腔中发生谐振，因此，光无法在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，此时，光仅在第一环形谐振腔中发生谐振，且这种谐振为完全相消谐振，即光无法通过第一耦合器1进入第三耦合器5，因此，光无法由波分复用器9的光输出端输出；此时，如果可调光衰减器7的衰减系数不是最大时，光可通过可调光衰减器7、并在第二环形谐振腔中发生谐振，同理，第二环形谐振腔中的光也可经第二耦合器4进入第一环形谐振腔，在第一环形谐振腔中逆时针传输、并发生谐振，因此，光在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间通过第二耦合器4发生相互作用，光最终可经第一耦合器1、第三耦合器5、波分复用器9，由波分复用器9的光输出端输出；
激光器10输出的泵浦光由波分复用器9的光输入端输入，经波分复用器9、第三耦合器5进入第二环形谐振腔，在第二环形谐振腔中顺时针传输，由于第二隔离器8仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光可通过第二隔离器8，因此，泵浦光可通过第二隔离器8，由于可调光衰减器7仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光不受影响，因此，泵浦光可通过可调光衰减器7、并在第二环形谐振腔中发生谐振；
泵浦光也可经第三耦合器5、第一耦合器1进入第一环形谐振腔，由于此时进入第一环形谐振腔中的泵浦光将要顺时针传输，传输方向与第一隔离器2的导通方向相反，因此，泵浦光无法通过第一隔离器2、且不能在第一环形谐振腔中发生谐振；
第二环形谐振腔中的泵浦光可经第二耦合器4进入第一环形谐振腔，在第一环形谐振腔中逆时针传输，传输方向与第一隔离器2的导通方向相同，因此，泵浦光可通过第一隔离器2、并在第一环形谐振腔中发生谐振；此时，第一环形谐振腔中的泵浦光也可经第二耦合器4进入第二环形谐振腔，在第二环形谐振腔中顺时针传输、并发生谐振；因此，泵浦光在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间通过第二耦合器4发生相互作用，使泵浦光主要束缚在第一环形谐振腔、第二环形谐振腔中，并在第二环形谐振腔中泵浦增益环形波导6，为频率为本调制器工作频率的光提供增益；
当可调光衰减器7的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器7、且不能在第二环形谐振腔中发生谐振，光无法在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，此时，光仅在第一环形谐振腔中发生谐振，且这种谐振为完全相消谐振，因此，频率为本调制器工作频率的光无法由本调制器的光输出端输出；
当可调光衰减器7的衰减系数不是最大时，频率为本调制器工作频率的光可通过可调光衰减器7、并在第二环形谐振腔中发生谐振，光在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，并可经第一耦合器1、第三耦合器5、波分复用器9，由本调制器的光输出端输出；
当可调光衰减器7的衰减系数不是最大时，调节可调光衰减器7的衰减系数、或调节激光器10输出的泵浦光的功率，可连续改变频率为本调制器工作频率的光在第二环形谐振腔中的损耗或增益，进而连续调节频率为本调制器工作频率的光由本调制器的光输出端输出的光强。

Claims (4)

1.一种基于双环形谐振腔的全光强度调制器，包括第一耦合器(1)、第一隔离器(2)、环形波导(3)、第二耦合器(4)、第三耦合器(5)、增益环形波导(6)、可调光衰减器(7)、第二隔离器(8)、波分复用器(9)和激光器(10)，其特征在于：
所述的第一耦合器(1)的光输入端为本调制器的光输入端，所述的环形波导(3)分别连接第一耦合器(1)的第一光输入输出端及其第二光输入输出端、第一隔离器(2)的光输入端及其光输出端、第二耦合器(4)的第一光输入输出端及其第二光输入输出端，第一耦合器(1)的第三光输入输出端连接第三耦合器(5)的第一光输入输出端，增益环形波导(6)分别连接第二耦合器(4)的第三光输入输出端及其第四光输入输出端、第三耦合器(5)的第二光输入输出端及其第三光输入输出端、可调光衰减器(7)的光输入端及其光输出端、第二隔离器(8)的光输入端及其光输出端，第三耦合器(5)的第四光输入输出端连接波分复用器(9)的光输入输出端，波分复用器(9)的光输入端连接激光器(10)的光输出端，波分复用器(9)的光输出端为本调制器的光输出端；
所述的第一耦合器(1)、第一隔离器(2)、环形波导(3)和第二耦合器(4)构成第一环形谐振腔；
所述的第二耦合器(4)、第三耦合器(5)、增益环形波导(6)、可调光衰减器(7)和第二隔离器(8)构成第二环形谐振腔；
所述的第一耦合器(1)、第二耦合器(4)、第三耦合器(5)均为2×2耦合器；
所述的第一环形谐振腔的谐振频率与所述的第二环形谐振腔的谐振频率相同，均为本调制器的工作频率；
所述的可调光衰减器(7)的工作频率为本调制器的工作频率，可调光衰减器(7)的衰减系数能够调节，且仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光不受影响，当可调光衰减器(7)的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器(7)；
所述的激光器(10)输出泵浦光，该输出泵浦光的功率能够调节，且泵浦光的频率与本调制器的工作频率不同，激光器(10)输出的泵浦光能够泵浦增益环形波导(6)；
所述的增益环形波导(6)为本调制器提供增益，即当频率为本调制器工作频率的光通过被泵浦的增益环形波导(6)时，能够获得增益；
所述的第一隔离器(2)的工作频率与激光器(10)输出的泵浦光的频率相同，第一隔离器(2)仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光通过第一隔离器(2)；所述的第二隔离器(8)的工作频率为本调制器的工作频率，第二隔离器(8)仅对频率与其工作频率相同的光是有效的，而其它频率的光能够通过第二隔离器(8)；
所述的波分复用器(9)的两个工作频率，其中一个工作频率与第一隔离器(2)的工作频率、激光器(10)输出的泵浦光的频率相同，另一个工作频率为本调制器的工作频率；
通过调节可调光衰减器(7)的衰减系数和激光器(10)输出的泵浦光的功率，可连续调节本调制器的输出光强。
2.根据权利要求1所述的一种双环形谐振腔的全光强度调制器，其特征在于：当可调光衰减器(7)的衰减系数最大时，频率为本调制器工作频率的光无法通过可调光衰减器(7)，且不能在第二环形谐振腔中发生谐振，光无法在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，此时，光仅在第一环形谐振腔中发生谐振，且这种谐振为完全相消谐振，因此，频率为本调制器工作频率的光无法由本调制器的光输出端输出。
3.根据权利要求1所述的一种双环形谐振腔的全光强度调制器，其特征在于：当可调光衰减器(7)的衰减系数不是最大时，频率为本调制器工作频率的光可通过可调光衰减器(7)，并在第二环形谐振腔中发生谐振，光在第一环形谐振腔与第二环形谐振腔之间发生相互作用，并经第一耦合器(1)、第三耦合器(5)、波分复用器(9)，由本调制器的光输出端输出。
4.根据权利要求1所述的一种双环形谐振腔的全光强度调制器，其特征在于：当可调光衰减器(7)的衰减系数不是最大时，调节可调光衰减器(7)的衰减系数，或调节激光器(10)输出的泵浦光的功率，能够连续改变频率为本调制器工作频率的光在第二环形谐振腔中的损耗或增益，进而连续调节频率为本调制器工作频率的光，由本调制器的光输出端输出的光强。
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