CN111561996B - 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法 - Google Patents

一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111561996B
CN111561996B CN202010334629.5A CN202010334629A CN111561996B CN 111561996 B CN111561996 B CN 111561996B CN 202010334629 A CN202010334629 A CN 202010334629A CN 111561996 B CN111561996 B CN 111561996B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chaotic
polarization
optical
laser
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010334629.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111561996A (zh
Inventor
张建忠
吴星亮
刘双双
张明江
乔丽君
王涛
高少华
李健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202010334629.5A priority Critical patent/CN111561996B/zh
Publication of CN111561996A publication Critical patent/CN111561996A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111561996B publication Critical patent/CN111561996B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4228—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J2001/4238—Pulsed light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及光信息技术领域，公开了一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现装置及方法，方法具体为：向保偏光纤的两端分别注入偏振方向相同的第一混沌光信号和第二混沌激光信号，所述第一混沌光信号和第二混沌激光信号的频差为所述保偏光纤的布里渊频移；同时向保偏光纤的一端注入偏振态与所述混沌光信号的偏振态正交的脉冲探测光，并对从所述保偏光纤中反射出来的脉冲探测光进行探测，通过控制所述脉冲探测光的相位，实现全光触发器功能。本发明可以控制全光触发器的存储时间，提高了其响应带宽大大拓宽了全光触发器的适用范围。

Description

一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法
技术领域
本发明涉及光信息技术领域，具体是一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法。
背景技术
在现有光纤通信系统的交换节点中，光信号必须经过光-电-光的转换，限制了网络速率的进一步提高和网络带宽的充分利用，为克服这一现象，研究人员提出在光域内完成光信号交换过程，减少系统的光电转换部分，提高交换效率和速度。在此背景下，本发明提出一种混沌布里渊动态光栅全光触发器的装置及实现方法。
全光触发器是具有记忆功能的光逻辑器件，通过对它们的组合可以实现高速光信号处理的各种功能，如时钟恢复，再生，帧头分离，帧头识别，数据恢复等。全光触发器是光信号处理器件中最基本的处理单元，用于对二进制信息“1”或“0”进行记忆，当没有触发信号触发的时候，它保持原有状态不变，这就是触发器的状态记忆功能，而一旦有触发信号触发时，输出状态将会翻转。
目前全光触发器实现方法有两类，一是利用光学双稳态来实现全光触发器功能，例如使用垂直腔表面发射激光器实现以偏振态作为输出状态的触发器(ElectronicsLetters,1995,31(2):P.109-111.)，利用双耦合激光器实现以波长为输出状态的触发器(Quantum Electron,2001,37(3):405-413.)等。二是利用传递函数是阶跃函数的光积分器实现触发器，例如光纤布拉格光栅(FBG)和布里渊动态光栅(BDG)，FBG方案采用外部激光刻蚀的方法永久性的改变部分光纤的折射率生成光纤光栅(Optics Letters,2008,33(12):1348-50.)，这部分光栅对经过的脉冲光起到积分的作用，从而在时域上形成连续的映射，通过调节入射脉冲光的正反相位可以实现触发器的功能。BDG方案利用保偏光纤的快慢轴分别实现动态光栅的生成和读取，相比于FBG，动态光栅利用两束传播方向相反的泵浦光在光纤中相干产生声波场，调制相遇位置处的光纤折射率，具有与FBG相似的积分响应，并且由于光纤折射率的变化由光源造成，关闭泵浦光源后即恢复原状，不会对光纤造成永久性的变化，具有灵活多变、参数可调的优势，因而得到广泛研究。
现有技术中的全光触发器具有以下缺点：(1)现有全光触发器多利用器件的双稳态实现光触发的功能，例如基于法布里-珀罗激光器，半导体光放大器，垂直腔表面发射激光器等器件的全光触发器。该全光触发器的存储时间、上升时间及响应带宽等各项参数一般为固定参数，并且响应带宽一般不大于20GHz；
(2)现有利用布里渊动态光栅实现全光触发器的方法存在反射脉冲强度与存储时间之间的矛盾问题：因无法对光栅的长度进行调控，存储时间事实上与所用保偏光纤长度相关，即光纤的全长都会反射入射光，这样导致反射脉冲的强度不高。
因此，需要提出一种新的全光触发器，以解决现有技术中全光触发器存储时间不可调，响应带宽不高的问题。
发明内容
为了解决目前全光触发器存储时间不可调，响应带宽不高的问题，本发明提供一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现方法，向保偏光纤的两端分别注入偏振方向相同的第一混沌光信号和第二混沌激光信号，所述第一混沌光信号和第二混沌激光信号的频差为所述保偏光纤的布里渊频移，第一混沌光信号和第二混沌激光信号在相遇位置处发生干涉，使保偏光纤受电致伸缩作用产生声波场，形成混沌布里渊动态光栅，对保偏光纤的局部折射率进行调制；同时向保偏光纤的一端注入偏振态与所述混沌光信号的偏振态正交的脉冲探测光，并对从所述保偏光纤中反射出来的脉冲探测光进行探测，通过控制所述脉冲探测光的相位，实现全光触发器功能。
所述第一混沌光信号的频率小于第二混沌激光信号，所述脉冲探测光与所述第二混沌激光信号从同一方向入射至所述保偏光纤。
所述脉冲探测光的频率大于所述第二混沌光信号的频率，且频差等于所述保偏光纤的双折射频移。
此外，本发明还提供了一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，包括混沌激光源、分束器、电光强度调制器、保偏光纤、偏振合束器、激光器、幅度调制器、相位调制器、偏振光环形器和光电探测器，所述混沌激光源发出的光经所述分束器后被分为第一混沌光信号和第二混沌光信号两束光后，第一混沌激光信号经第一光隔离器后从保偏光纤的一端入射，第二混沌激光信号经电光强度调制器、第二光隔离器后经所述偏振合束器后从保偏光纤的另一端入射；激光器发出的激光经幅度调制器和相位调制器后，从偏振光环形器的第一端口入射，第二端口出射，然后经所述偏振合束器后作为探测光从保偏光纤的另一端入射，经保偏光纤反射的探测光从偏振光环形器的第二端口入射，第三端口出射后经所述光电探测器探测，所述第一混沌光信号和第二混沌光信号的偏振态相同，且与入射到偏振光纤的探测光的偏振态正交，所述幅度调制器用于将所述激光器发出的激光调制成脉冲光信号，所述相位调制器用于控制所述脉冲光信号的相位。
所述电光强度调制器用于对所述第二混沌光信号进行频移，使其与第一混沌光信号的频差等于所述保偏光纤的布里渊频移量。
所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，还包括微波信号发生器、第一脉冲信号发生器和第二脉冲信号发生器，所述微波信号发生器用于驱动所述电光强度调制器，所述第一脉冲信号发生器和第二脉冲信号发生器分别用于驱动所述幅度调制器和相位调制器。
所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，还包括第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器，所述第一掺铒光纤放大器设置在所述分束器与第一隔离器之间，所述第二掺铒光纤放大器设置在所述电光强度调制器、和第二隔离器之间，所述第三掺铒光纤放大器设置在相位调制器和偏振光环形器之间。
所述混沌激光源包括半导体激光器、光环形器、偏振控制器、可调光衰减器和光纤耦合器，所述半导体激光器输出的激光经光环形器和光纤耦合器后分为两束，一束经可调光衰减器和偏振控制器后经所述光环形器返回半导体激光器，另一束经第三隔离器后作为混沌激光输出。
半导体激光器和激光器均为分布式反馈半导体激光器。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明提供的基于混沌布里渊动态光栅的全光触发器可以通过调节混沌激光的带宽控制全光触发器的存储时间，大大拓宽了全光触发器的适用范围，并且由于速率匹配条件的限制，混沌布里渊动态光栅全光触发器的响应带宽仅受限于所用保偏光纤的双折射频移，而现有保偏光纤双折射频移分布在40-90GHz之间，相比于20GHz有了较大的提高。
(2)本发明的全光触发器基于混沌激光，混沌激光得益于其特殊的“图钉状”自相关函数，相比于普通激光能量更加集中，对于光纤折射率的调制强度更大，提高了反射脉冲的强度。
附图说明
图1为本发明提出的基于混沌布里渊动态光栅的全光触发器实现方法的流程图；
图2为本发明提出的基于混沌布里渊动态光栅的全光触发器的实验装置示意图；
图3为利用数值模拟方法得到的混沌激光信号；
图4为利用数值模拟方法证实混沌布里渊动态光栅全光触发器的实现。
图中：1-半导体激光器、2-光环行器、3-偏振控制器、4-可调光衰减器、5-光纤耦合器、6-第三光隔离器、7-第二1×2光纤耦合器、8-第一掺铒光纤放大器、9-第一光隔离器、10-电光强度调制器、11-微波信号发生器、12-第二掺铒光纤放大器、13-第二光隔离器、14-保偏光纤、15-偏振合束器、16-激光器、17-幅度调制器、18-相位调制器、19-第三掺铒光纤放大器、20-保偏光环行器、21-第一脉冲信号发生器、22-第二脉冲信号发生器、23-示波器、24-光电探测器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现方法，首先通过外腔半导体激光器产生混沌光并将其分为两束偏振方向相同的混沌激光，然后将其中一束进行频移后得到第一混沌光信号和第二混沌激光信号，向保偏光纤的两端分别注入第一混沌光信号和第二混沌激光信号，所述第一混沌光信号和第二混沌激光信号的频差为所述保偏光纤的布里渊频移，使第一混沌光信号和第二混沌激光信号在相遇位置处发生干涉，同时光纤受电致伸缩作用产生声波场，形成混沌布里渊动态光栅，对光纤的局部折射率进行调制；同时向保偏光纤的一端注入偏振态与混沌激光的偏振态正交的脉冲探测光，并对从所述保偏光纤中反射出来的脉冲探测光进行探测，通过控制所述脉冲探测光的相位，实现全光触发器功能。
具体地，本实施例中，所述第一混沌光信号的频率小于第二混沌激光信号，所述脉冲探测光与所述第二混沌激光信号从同一方向入射至所述保偏光纤。
具体地，本实施例中，所述脉冲探测光的频率大于所述第二混沌光信号的频率，且频差等于所述保偏光纤的双折射频移。
本实施例中，向保偏光纤两端分别注入偏振方向相同、频差为布里渊频移的两束相同混沌光信号，在相遇位置处发生干涉，同时受电致伸缩作用产生声波场，形成混沌布里渊动态光栅，对保偏光纤该处的折射率进行调制。此时向保偏光纤的一端注入偏振态与前述混沌光偏振态正交的探测光，通过对探测光进行相位调制以及混沌布里渊动态光栅的反射，可以在示波器上看到全光触发器的实现过程。当探测光与第二混沌光频差等于所用保偏光纤双折射频移时，可以达到反射率最大的反射效果。
具体地，如图2所示，本发明实施例还提供了一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，包括混沌激光源25、分束器7、电光强度调制器10、保偏光纤14、偏振合束器15、激光器16、幅度调制器17、相位调制器18、偏振光环形器20和光电探测器24，所述混沌激光源25发出的光经所述分束器7后被分为第一混沌光信号和第二混沌光信号两束光后，第一混沌激光信号经第一光隔离器9后从保偏光纤14的一端入射，第二混沌激光信号经电光强度调制器10、第二光隔离器13后经所述偏振合束器15后从保偏光纤14的另一端入射；激光器16发出的激光经幅度调制器17和相位调制器18后，从偏振光环形器20的第一端口入射，第二端口出射，然后经所述偏振合束器15后作为探测光从保偏光纤14的另一端入射，经保偏光纤14反射的探测光从偏振光环形器20的第二端口入射，第三端口出射后经所述光电探测器24探测，所述第一混沌光信号和第二混沌光信号的偏振态相同，且与入射到偏振光纤14的探测光的偏振态正交，所述幅度调制器17用于将所述激光器16发出的激光调制成脉冲光信号，所述相位调制器18用于控制所述脉冲光信号的相位。
具体地，如图2所示，本实施例中，所述混沌激光源25包括半导体激光器1、光环形器2、偏振控制器3、可调光衰减器4和光纤耦合器5，所述半导体激光器1输出的激光经光环形器2和光纤耦合器5后分为两束，一束经可调光衰减器4和偏振控制器3后经所述光环形器2返回半导体激光器1，另一束经第三隔离器6后作为混沌激光输出。本实施例中，半导体激光器1为分布式反馈半导体激光器，其输出经过光环行器2、偏振控制器3、可调光衰减器4、第一1×2光纤耦合器5组成的光纤反馈环被调制为宽带混沌激光并分成两路泵浦光。
具体实施时，半导体激光器1的中心波长为1550nm；所述光纤耦合器5可以为1×2光纤耦合器，分束器7也可以为1×2光纤耦合器，其耦合比均为50：50；所述保偏光纤14为熊猫型保偏光纤。通过调节半导体激光器1的偏置电流和可调光衰减器4，可以控制外腔反馈半导体激光器的工作电流和反馈强度，通过调节偏振控制器3可以控制激光的偏振态，通过以上三者的参数控制可以使外腔反馈半导体激光器输出混沌激光。在实际使用中，混沌激光的带宽由偏振控制器调节。输出的混沌激光信号通过分束器7分成两束偏振方向相同的激光，由电光强度调制器10调制其中一束光的频率，使得二者频差为布里渊频移，并在保偏光纤14中相遇发生干涉效应，在保偏光纤14中产生声波场，调制保偏光纤在该处的折射率，形成混沌布里渊动态光栅。通过对激光器16所输出的探测光进行相位调制以及混沌布里渊动态光栅对探测光的反射，实现全光触发器的功能。
本实施例中，两束混沌光的频率差通过调节微波信号发生器11所给信号的频率来调节，当频率差为所用保偏光纤的布里渊频移时，两束混沌激光的干涉效应最强，从而产生最大幅度的声波场，探测光在此时获得最强的反射；探测光的脉冲调制通过幅度调制器17和第一脉冲信号发生器21实现；探测光的相位调制通过相位调制器18和第二脉冲信号发生器22实现。
具体地，本实施例中，所述电光强度调制器10用于对所述第二混沌光信号进行频移，使其与第一混沌光信号的频差等于所述保偏光纤的布里渊频移量。
进一步地，如图2所示，本实施例提供的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，还包括微波信号发生器11、第一脉冲信号发生器21和第二脉冲信号发生器22，所述微波信号发生器11用于驱动所述电光强度调制器10，所述第一脉冲信号发生器21和第二脉冲信号发生器22分别用于驱动所述幅度调制器17和相位调制器18。
进一步地，如图2所示，本实施例提供的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，还包括第一掺铒光纤放大器8、第二掺铒光纤放大器12和第三掺铒光纤放大器19，所述第一掺铒光纤放大器8设置在所述分束器7与第一隔离器9之间，所述第二掺铒光纤放大器12设置在所述电光强度调制器10、和第二隔离器13之间，所述第三掺铒光纤放大器19设置在相位调制器18和偏振光环形器20之间。第一掺铒光纤放大器8、第二掺铒光纤放大器12和第三掺铒光纤放大器19分别用于对第一混沌光信号、第二混沌光信号和探测光信号进行放大。
具体地，本实施例中，分束器7为1×2光纤耦合器，其第一输出端与第一掺铒光纤放大器8的入射端连接；第一掺铒光纤放大器8的出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器9的入射端连接，第一光隔离器9的出射端通过单模光纤跳线与保偏光纤14的一端连接；其第二输出端通过单模光纤跳线与电光强度调制器10的入射端连接；微波信号发生器11的信号输出端通过高频信号线与电光强度调制器10的信号输出端连接；电光强度调制器10的出射端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器12的入射端连接；第二掺铒光纤放大器12的出射端通过单模光纤跳线与第二光隔离器13的入射端连接；第二光隔离器13的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器15的第一入射端连接；偏振合束器15的出射端通过单模光纤跳线与保偏光纤14的另一端连接。
具体地，本实施例中，激光器16的出射端通过单模光纤跳线与幅度调制器17的入射端连接；幅度调制器17的出射端通过单模光纤跳线与相位调制器18的入射端连接；相位调制器18的出射端与第三掺铒光纤放大器19的入射端连接；第三掺铒光纤放大器19的出射端通过单模光纤跳线与保偏光环行器20的第一端口连接；保偏光环行器20的第二端口通过单模光纤跳线与偏振合束器15的第二入射端连接；第一脉冲信号发生器21的信号输出端与幅度调制器17的信号输入端连接；第二脉冲信号发生器22的信号输出端与相位调制器18的信号输入端连接；示波器23的输入端与光电探测器24的出射端连接；光电探测器24的入射端通过单模光纤跳线与保偏光环行器20的第三端口连接，探测器的输出端与示波器23连接，通过示波器23可以观察全光触发器的实现过程。
进一步地，本实施例中，激光器16为分布式反馈半导体激光器。
上述利用混沌激光和探测光在光纤中实现全光触发器的实验过程可以通过具体算法完成，其详细原理如下：
1)所述产生混沌激光的外腔反馈半导体激光器可用Lang-Kobayashi单模速率方程来实现：
Figure BDA0002466140730000071
Figure BDA0002466140730000072
Figure BDA0002466140730000073
其中S(t)、N(t)和φ(t)分别表示激光腔内光子密度、载流子密度和电场相位，βs为自发辐射因子，Γ为限制因子，τn为载流子寿命，τp为光子寿命，τin为光在外谐振腔的往返时间，θ(t)为反馈光引入的相位延迟，I为偏置电流，e为电子电量，V为有源区体积，g为微分增益系数，N0为透明载流子密度，ε为增益饱和系数，α为线宽增强因子，κf为反馈系数，t为时间，τ为光子平均寿命。
当上述外腔反馈半导体激光器的参数取值如表1时，可产生幅值随时间随机变化的混沌激光序列，如图3所示。
表1公式(1)～(3)中各参数的物理意义及取值
Figure BDA0002466140730000074
2)基于混沌布里渊动态光栅实现全光触发器的实现过程可用如下五波耦合方程描述：
Figure BDA0002466140730000075
Figure BDA0002466140730000076
Figure BDA0002466140730000077
Figure BDA0002466140730000081
Figure BDA0002466140730000082
其中，Ap1,Ap2,Ap,Ar分别表示第一束泵浦光，第二束泵浦光，探测光和经混沌布里渊动态光栅反射回的探测光的慢变振幅，Q为第一束泵浦光和第二束泵浦光在保偏光纤中发生受激布里渊散射，电致伸缩作用产生的声波场振幅。β1s和β1f分别为保偏光纤慢轴和快轴单位长度的群延时；Δk＝(kp+kr)–(kp1+kp2)为与第二束泵浦光和探测光频差Δν直接相关的相位失谐量，其中，kp1,kp2,kp,kr分别表示第一束泵浦光(即第一混沌光信号)，第二束泵浦光(第二混沌光信号)，探测光和反射光的波矢，若保偏光纤沿z轴分布，kp1沿z轴正方向传播，则kr与其传播方向相同，kp2和kp与其传播传播方向相反，其中
Figure BDA0002466140730000085
与
Figure BDA0002466140730000086
分别为距离和时间的偏导，z为第一光隔离器9至偏振合束器15方向的保偏光纤位置坐标，Q*与Ap *代表Q和Ap的共轭。在数值仿真中，通过控制相位调制器18的参数可以调整入射脉冲的相位，当入射的前后两个探测光脉冲相位相同时，第一个脉冲经混沌布里渊动态光栅反射回的脉冲光会得到加强；当入射的前后两个探测光脉冲相位相反时，第一个脉冲经混沌布里渊动态光栅反射回的脉冲光将会由于相干效应被抵消，从而完成数字“1”到数字“0”的翻转。Δω＝νp1-νp2-νB是第一束泵浦光和第二束泵浦光的频率失谐量，νp1为第一束泵浦光频率，νp2为第二束泵浦光频率，νB为布里渊频移量。数值仿真中所使用的保偏光纤各参数及取值如表2所示。
表2数值仿真中所用保偏光纤各参数的物理意义及取值
Figure BDA0002466140730000083
3)所述不同长度光栅对入射脉冲的传递函数可以表示如下：
Figure BDA0002466140730000084
式中
Figure BDA0002466140730000091
其中，z为自变量，i为虚数单位，g1和g2分别是电致伸缩和弹性光学耦合系数，ΓA为频率失谐因素，Apump1表示第一束泵浦光的慢变振幅，A* pump2为第二束泵浦光慢变振幅的共轭，c为真空中光速，n为光纤平均折射率，t为时间，ΔΩBDG为局部布里渊动态光栅失谐量，Δωprobe为探测光的频率波动量，rect(x)函数在x∈[0，1]时取1，反之取0，对(9)式进行傅里叶反变换可得：
Figure BDA0002466140730000092
当保偏光纤无双折射波动时，ΔΩBDG为0，故光栅对入射脉冲的传递函数可以表示为：
Figure BDA0002466140730000093
其中
Figure BDA0002466140730000094
为
Figure BDA0002466140730000095
的共轭，由(11)可知，反射脉冲宽度为
Figure BDA0002466140730000096
其数量级为ns(纳秒)，由此可以计算出触发器的存储时间，其中n为光纤平均折射率，L为光栅长度，c为真空中的光速。
所证实的混沌布里渊动态光栅全光触发器，如图4所示。得到的混沌光带宽分别为8GHz，4GHz，2GHz，对应的光栅长度分别为0.05m，0.1m，0.2m时，光栅对半高全宽为0.1ns入射脉冲的反射波形，在所对应的光栅长度下，反射脉冲宽度分别为0.5ns，1ns2ns。
综上，本发明提供了一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法，其利用混沌光产生布里渊动态光栅，实现了以光强作为输出状态的全光触发器，当短脉冲到达时，它的输出可以切换到高状态，保持时间取决于光纤光栅的长度，一旦输出切换到高状态，又可以使用一个反相的短脉冲进行重置，将响应切换回零，实现触发器的功能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现方法，其特征在于，向保偏光纤的两端分别注入偏振方向相同的第一混沌激光信号和第二混沌激光信号，所述第一混沌激光信号和第二混沌激光信号的频差为所述保偏光纤的布里渊频移，第一混沌激光信号和第二混沌激光信号在相遇位置处发生干涉，使保偏光纤受电致伸缩作用产生声波场，形成混沌布里渊动态光栅，对保偏光纤的局部折射率进行调制；同时向保偏光纤的一端注入偏振态与所述第一混沌激光信号的偏振态正交的脉冲探测光，并对从所述保偏光纤中反射出来的脉冲探测光进行探测，通过控制所述脉冲探测光的相位，实现全光触发器功能。
2.根据权利要求1所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现方法，其特征在于，所述第一混沌激光信号的频率小于第二混沌激光信号，所述脉冲探测光与所述第二混沌激光信号从同一方向入射至所述保偏光纤。
3.根据权利要求2所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器实现方法，其特征在于，所述脉冲探测光的频率大于所述第二混沌激光信号的频率，且频差等于所述保偏光纤的双折射频移。
4.一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，其特征在于，包括混沌激光源（25）、分束器（7）、电光强度调制器（10）、保偏光纤（14）、偏振合束器（15）、激光器（16）、幅度调制器（17）、相位调制器（18）、偏振光环形器（20）和光电探测器（24），所述混沌激光源（25）发出的光经所述分束器（7）后被分为第一混沌激光信号和第二混沌激光信号两束光后，第一混沌激光信号经第一光隔离器（9）后从保偏光纤（14）的一端入射，第二混沌激光信号经电光强度调制器（10）、第二光隔离器（13）后经所述偏振合束器（15）后从保偏光纤（14）的另一端入射；激光器（16）发出的激光经幅度调制器（17）和相位调制器（18）后，从偏振光环形器（20）的第一端口入射，第二端口出射，然后经所述偏振合束器（15）后作为探测光从保偏光纤（14）的另一端入射，经保偏光纤（14）反射的探测光从偏振光环形器（20）的第二端口入射，第三端口出射后经所述光电探测器（24）探测，所述第一混沌激光信号和第二混沌激光信号的偏振态相同，且与入射到偏振光纤（14）的探测光的偏振态正交，所述幅度调制器（17）用于将所述激光器（16）发出的激光调制成脉冲光信号，所述相位调制器（18）用于控制所述脉冲光信号的相位；所述电光强度调制器（10）用于对所述第二混沌激光信号进行频移，使其与第一混沌激光信号的频差等于所述保偏光纤的布里渊频移量，第一混沌激光信号和第二混沌激光信号在相遇位置处发生干涉，使保偏光纤受电致伸缩作用产生声波场，形成混沌布里渊动态光栅。
5.根据权利要求4所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，其特征在于，还包括微波信号发生器（11）、第一脉冲信号发生器（21）和第二脉冲信号发生器（22），所述微波信号发生器（11）用于驱动所述电光强度调制器（10），所述第一脉冲信号发生器（21）和第二脉冲信号发生器（22）分别用于驱动所述幅度调制器（17）和相位调制器（18）。
6.根据权利要求4所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，其特征在于，还包括第一掺铒光纤放大器（8）、第二掺铒光纤放大器（12）和第三掺铒光纤放大器（19），所述第一掺铒光纤放大器（8）设置在所述分束器（7）与第一隔离器（9）之间，所述第二掺铒光纤放大器（12）设置在所述电光强度调制器（10）、和第二隔离器（13）之间，所述第三掺铒光纤放大器（19）设置在相位调制器（18）和偏振光环形器（20）之间。
7.根据权利要求4所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，其特征在于，所述混沌激光源（25）包括半导体激光器（1）、光环形器（2）、偏振控制器（3）、可调光衰减器（4）和光纤耦合器（5），所述半导体激光器（1）输出的激光经光环形器（2）和光纤耦合器（5）后分为两束，一束经可调光衰减器（4）和偏振控制器（3）后经所述光环形器（2）返回半导体激光器（1），另一束经第三隔离器（6）后作为混沌激光输出。
8.根据权利要求7所述的一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置，其特征在于，半导体激光器（1）和激光器（16）均为分布式反馈半导体激光器。
CN202010334629.5A 2020-04-24 2020-04-24 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法 Active CN111561996B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010334629.5A CN111561996B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010334629.5A CN111561996B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111561996A CN111561996A (zh) 2020-08-21
CN111561996B true CN111561996B (zh) 2022-08-16

Family

ID=72074399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010334629.5A Active CN111561996B (zh) 2020-04-24 2020-04-24 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111561996B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112838921B (zh) * 2020-12-31 2022-06-10 杭州电子科技大学 一种多反馈与电光相位振荡的混沌双向安全通信系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075680A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국철도기술연구원 브릴루앙 동적 격자의 시간 영역 분석을 이용한 분포형 광섬유 센서 장치 및 그 센싱 방법
CN105305223A (zh) * 2015-11-24 2016-02-03 电子科技大学 一种布里渊动态光栅产生装置及方法
CN107576392A (zh) * 2017-09-08 2018-01-12 太原理工大学 一种基于相干域的混沌激光外腔时延的识别装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110075680A (ko) * 2009-12-28 2011-07-06 한국철도기술연구원 브릴루앙 동적 격자의 시간 영역 분석을 이용한 분포형 광섬유 센서 장치 및 그 센싱 방법
CN105305223A (zh) * 2015-11-24 2016-02-03 电子科技大学 一种布里渊动态光栅产生装置及方法
CN107576392A (zh) * 2017-09-08 2018-01-12 太原理工大学 一种基于相干域的混沌激光外腔时延的识别装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis of Brillouin dynamic grating localized by intensity-modulated correlation-domain technique for distributed fiber sensing;YOUHEI OKAWA等;《Optics Express》;20200302;第28卷(第5期);第6981-6993页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111561996A (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5577057A (en) Modelocked lasers
US7599405B2 (en) Method and apparatus for coherently combining multiple laser oscillators
US5548433A (en) Optical clock recovery
Kitayama et al. Fiber‐optic logic gate
US5365531A (en) Apparatus and method for initializing an optical-fiber laser for mode locking
JP2629624B2 (ja) 全光スイッチ
US5566261A (en) Optical memory and data pattern generator
US5111326A (en) Integrated Kerr shutter and fiber laser optical modulation
CN111561996B (zh) 一种混沌布里渊动态光栅全光触发器装置及实现方法
JP2764845B2 (ja) 光パルス発生装置
Liu et al. A wavelength tunable optical buffer based on self-pulsation in an active microring resonator
US5828682A (en) Rational-harmonic apparatus and technique
CN206515569U (zh) 激光脉冲整形装置及激光脉冲整形系统
AU4021993A (en) Optical clock recovery
US4904041A (en) Short optical pulse generator having a looped directional coupler external cavity
JPH06504407A (ja) 干渉計
CN110784194A (zh) 基于单微环谐振器光开关的全光d触发器
US20030114117A1 (en) Tunable RF signal generation
CN111314047B (zh) 一种时钟同步光混沌多重触发器
CN112269270B (zh) 基于垂直腔面发射激光器双偏振态的回声状态网络系统
CN209748573U (zh) 一种片上外注入激光器结构和量子密钥分发系统发射端
RU2826375C2 (ru) Полностью оптическая память на основе оптически связанных лазеров
JPH0745889A (ja) モードロックリングレーザ
Onishi et al. All-optical regeneration using transverse mode switching in long-wavelength vertical-cavity surface-emitting lasers
WO1993003406A1 (en) Sagnac loop gates

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant