CN113568239A - 一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置，涉及激光技术领域。该级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，包括：SBS光频率梳产生模块A、波长选择模块、SBS光频率梳产生模块B、合束模块，本发明还提供了一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法，包括：S1、DFB激光器产生单频激光，控制EDFA‑1的增益，使SBS光频率梳产生模块A激发多阶斯特克斯光，形成光频率梳A，通过引入波长选择模块，选择SBS光频率梳产生模块产生的光频率梳最后一个波长，并将其注入到级联的SBS光频率梳产生模块，再次获得一组光频率梳，两组光频率梳由同一个DFB源激发产生，可无缝衔接。

Description

一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别的为一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置。
背景技术
光学频率梳是一种多波长、等频率间隔的激光光源，具有梳状光谱。光频率梳作为多载波激光光源，载波之间具有很好的相干性，在高速通信、任意波形产生、激光测距、THz产生光谱精密测量、光学时钟等相关领域都有着重要的应用。
光频梳主要产生方法包括：基于锁模激光器的光学频率梳的产生方法；基于电光调制的光频梳的产生方法；基于非线性效应的光频梳的产生方法。对于基于锁模激光器的光频梳产生方案，平坦度需要进一步提升，以满足进一步的应用需要，且其频率梳的间隔不可调；对于基于电光调制的光频梳产生方案，平坦度较好，但产生的光频梳的梳齿个数有限，难以满足应用需求；对基于光纤非线性效应的光频梳产生方案，在平坦度和相干性方面还需要进一步的探索和研究。
南京航空航天大学的毕业论文《光学频率梳的产生及其在微波光子学中的应用》中指出传统的基于受激布里渊散射的光频梳产生方案，通常需要对斯特克斯波进行放大来获得更高阶的斯特克斯波，而光放大器的放大能力有限，使得产生的光频梳的梳齿个数有限，且传统方案中容易产生腔模形成干扰。针对传统方案，通过引入斯特克斯循环回路，使得斯特克斯波在构建的环路里不断循环同时和泵浦波相互作用，增加了色散位移光纤(DSF)的有效长度Leff，从而降低受激布里渊散射(SBS)的阈值。该方案有效地降低了色散位移光纤的受激布里渊散射阈值，提高了泵浦光的转化效率，增加了产生的光频率梳的梳齿个数，提升了平坦度。要获得高阶的斯托克斯波，低一阶的斯托克斯波必须被充分放大且要超过SBS的阈值，而掺铒光纤放大器(EDFA)的放大能力是有限的，因此产生光频梳的梳齿个数将受限于EDFA的放大能力，的方案虽然增加了梳齿数，但同样存在梳齿个数较少的问题。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置，解决上述背景技术中的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，包括：SBS光频率梳产生模块A、波长选择模块、SBS光频率梳产生模块B、合束模块；
所述SBS光频率梳产生模块A为第一级基于SBS实现光频率梳产生的模块；
所述波长选择模块用于实现波长激光的选择；
所述SBS光频率梳产生模块B为第二级基于SBS实现光频率梳产生的模块；
所述合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。
进一步的，所述SBS光频率梳产生模块A包括DFB激光器、光纤耦合器－1、环形器－1、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、隔离器－1、光纤耦合器－3、光纤耦合器－4和EDFA-1，所述光纤耦合器－1的分束比为50:50，所述光纤耦合器2、光纤耦合器－3和光纤耦合器－4的分束比均为10:90-30:70。
进一步的，所述DFB激光器连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一，所述光纤耦合器－1的合束端连接到环形器－1的端口1，所述环形器－1的端口2连接到高非线性光纤－1的一端，所述环形器－1的端口3连接到光纤耦合器－2，所述光纤耦合器－2的小分束端连接到隔离器－1的输入端，所述隔离器－1的输出端连接到高非线性光纤－1的另一端，所述光纤耦合器－2的大分束端连接到光纤耦合器－3的输入端，所述光纤耦合器－3的小分束端连接到EDFA-1的输入，所述EDFA-1的输出连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一的端口，所述光纤耦合器－3的大分束端连接到光纤耦合器－4的输入端，所述光纤耦合器的输出包括两个端口。
进一步的，所述波长选择模块包括环形器－2、FBG和EDFA-2，所述的FBG为窄带光纤光栅，反射带宽不大于SBS频率间隔的3倍，所述FBG的反射范围覆盖SBS光频率梳产生模块A产生的梳状光谱中的最后一个波长。
进一步的，所述环形器－2的输入端口1连接到光纤耦合器－4的小分束端，所述环形器－2的输入端口2连接到FBG，所述环形器－2的输入端口3连接到EDFA-2的输入端，所述EDFA-2的输出端连接到光纤耦合器－5的50％分束端之一的端口。
进一步的，所述SBS光频率梳产生模块B包括光纤耦合器－5、环形器－3、高非线性光纤－2、光纤耦合器－6、隔离器－2、光纤耦合器－7和EDFA-3，所述光纤耦合器－5的分束比为50:50，所述光纤耦合器－6和光纤耦合器－7的分束比均为10:90-30:70。
进一步的，所述光纤耦合器－5的50％分束端之一连接到EDFA-2的输出端，所述光纤耦合器－5的合束端连接到环形器－3的端口1，所述环形器－3的端口2连接到高非线性光纤－2的一端，所述环形器－3的端口3连接到光纤耦合器－6的合束端，所述光纤耦合器－6的小分束端连接到隔离器－2的输入端，所述隔离器－2的输出端连接到高非线性光纤－2的另一端，所述光纤耦合器－6的大分束端连接到光纤耦合器－7的合束端，所述光纤耦合器－7的大分束端连接到合束模块的可调光衰减器的输入端，所述光纤耦合器－7的小分束端连接到EDFA-3的输入端，所述EDFA-3的输出端连接到光纤耦合器－5的另一50％分束端。
进一步的，所述合束模块包括可调光衰减器和光纤耦合器－8，所述可调光衰减器的输入端连接到光纤耦合器－7的大分束端，所述可调光衰减器的输出端连接到光纤耦合器－8的分束端之一的端口，所述光纤耦合器－8的另一分束端连接到SBS光频率梳产生模块A的光纤耦合器－4的大分束端，所述光纤耦合器－8的合束端作为输出端，所述光纤耦合器－8的分束比为50:50。
进一步的，所述光器件均为保偏光纤器件。
一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法，包括以下步骤：
S1、DFB激光器产生单频激光，控制EDFA-1的增益，使SBS光频率梳产生模块A激发多阶斯特克斯光，形成光频率梳A，光频率梳的最后一个应当处于FBG的反射范围内；
S2、FBG将光频率梳A的最后一个波长筛选出来，并经环形器－2注入到EDFA-2进行放大，随后注入到SBS光频率梳产生模块B；
S3、控制EDFA-3的增益，使SBS光频率梳产生模块B产生光频率梳B；
S4、通过调节光衰减器使光频率梳A和光频率梳B的幅度相近，随后通过光纤耦合器－8将光频率梳A和光频率梳B合束，实现具有较大光谱范围的光频率梳C。
本发明提供了一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法及装置。具备以下有益效果：
通过引入波长选择模块，选择SBS光频率梳产生模块产生的光频率梳最后一个波长，并将其注入到级联的SBS光频率梳产生模块，再次获得一组光频率梳，两组光频率梳由同一个DFB源激发产生，可无缝衔接。利用级联的SBS光频率梳产生模块，可获得系列可衔接的光频率梳组，经组合后可实现平坦且宽带的光频率梳，有效解决了基于受激布里渊散射效应产生的光频率梳梳齿个数较少的问题，大幅增加光频率梳梳齿个数。
附图说明：
图1为本发明的光路原理图；
图2为本发明的光频率梳示意图。
具体实施方式
如图1-2所示：一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，包括：
SBS光频率梳产生模块A、波长选择模块、SBS光频率梳产生模块B、合束模块。光路原理图见图1。
SBS光频率梳产生模块A为第一级基于SBS实现光频率梳产生的模块，该模块包括DFB激光器、光纤耦合器－1、环形器－1、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、隔离器－1、光纤耦合器－3、光纤耦合器－4、EDFA-1，其中DFB激光器连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一，光纤耦合器－1的合束端连接到环形器1的端口1，环形器端口2连接到高非线性光纤－1的一端，端口3连接到光纤耦合器－2，光纤耦合器－2的较小分束端连接到隔离器－1的输入端，隔离器－1的输出端连接到高非线性光纤－1的另一端；光纤耦合器－2的较大分束端连接到光纤耦合器－3的输入端，光纤耦合器－3的较小分束端连接到EDFA-1的输入，EDFA-1的输出连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一；光纤耦合器－3的较大分束端连接到光纤耦合器－4的输入端，光纤耦合器的输出包括两个端口。
波长选择模块实现某一波长激光的选择，包括环形器－2、光纤光栅(FBG)、EDFA-2，其中环形器－2的输入端口1连接到光纤耦合器－4的较小分束端，端口2连接到FBG，端口3连接到EDFA-2的输入端，EDFA-2的输出端连接到光纤耦合器－5的50％分束端之一。
SBS光频率梳产生模块B为第二级基于SBS实现光频率梳产生的模块，该模块包括光纤耦合器－5、环形器－3、高非线性光纤－2、光纤耦合器－6、隔离器－2、光纤耦合器－7、EDFA-3，其中光纤耦合器－5的50％分束端之一连接到EDFA-2的输出端，光纤耦合器的合束端连接到环形器－3的端口1，环形器－3的端口2连接到高非线性光纤－2的一端，环形器－3的端口3连接到光纤耦合器－6的合束端，光纤耦合器－6的较小分束端连接到隔离器－2的输入端，隔离器－2的输出端连接到高非线性光纤－2的另一端；光纤耦合器－6的较大分束端连接到光纤耦合器－7的合束端，光纤耦合器－7的较大分束端连接到合束模块的可调光衰减器的输入端，较小分束端连接到EDFA-3的输入端，EDFA-3的输出端连接到光纤耦合器－5的另一50％分束端。
合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。合束模块包括可调光衰减器和光纤耦合器－8，其中可调光衰减器的输入端连接到光纤耦合器－7的较大分束端，可调光衰减器的输出端连接到光纤耦合器－8的分束端之一，光纤耦合器－8的另一分束端连接到SBS光频率梳产生模块A的光纤耦合器－4的较大分束端，光纤耦合器－8的合束端作为输出端。
光器件均为保偏光纤器件。
光纤耦合器－1、光纤耦合器－5的分束比为50:50。
光纤耦合器2、光纤耦合器－4、光纤耦合器6的分束比为20:80，光纤耦合器3、光纤耦合器7的分束比为10:90。
DFB的中心波长λ0为1553nm，FBG为窄带光纤光栅，反射带宽0.2nm，FBG的中心波长λ1为1553.5nm。
一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法，包括以下步骤：
步骤一：DFB输出激光经光纤耦合器－1和环形器－1，注入到高非线性光纤－1，在高非线性光纤－1中激发斯特克斯(Stokes)光，斯特克斯光与注入泵浦激光传输方向相反，从环形器－1端口2进入，从端口3输出到光纤耦合器－2，分为两束，较小的一束经隔离器－1后注入高非线性光纤－1(色散位移光纤)，降低SBS激发的阈值；较大的一束经光纤耦合器－3分为两束，较小一束到达EDFA-1进行放大，并再次通过光纤耦合器－1和环形器－1，注入到色散位移光纤激发下一阶斯特克斯光；在EDFA-1的增益支持下，经多次循环，可激发多阶斯特克斯光，即可获得光频率梳A。光频率梳A的示意见图2。
步骤二：光频率梳A经光纤耦合器－4分为两束，较大的一束到达光纤耦合器－8，而较小的一束进入到波长选择模块。波长选择模块由环形器－2和FBG构成，FBG将光频率梳A的最后一个波长进行反射，并经环形器－2，由端口3注入到注入SBS光频率梳产生模块B。
步骤三：SBS光频率梳产生模块B的工作过程与SBS光频率梳产生模块A一致。控制EDFA-3的增益，产生光频率梳B。光频率梳B的示意见图2。
步骤四：光频率梳A与光频率梳B通过合束模块进行合束，通过调整光衰减器使两者幅度相近，合束后得到组合光频率梳C。组合光频率梳见图2。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于，包括：SBS光频率梳产生模块A、波长选择模块、SBS光频率梳产生模块B、合束模块；
所述SBS光频率梳产生模块A为第一级基于SBS实现光频率梳产生的模块；
所述波长选择模块用于实现波长激光的选择；
所述SBS光频率梳产生模块B为第二级基于SBS实现光频率梳产生的模块；
所述合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。
2.根据权利要求1所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述SBS光频率梳产生模块A包括DFB激光器、光纤耦合器－1、环形器－1、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、隔离器－1、光纤耦合器－3、光纤耦合器－4和EDFA-1，所述光纤耦合器－1的分束比为50:50，所述光纤耦合器2、光纤耦合器－3和光纤耦合器－4的分束比均为10:90-30:70。
3.根据权利要求2所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述DFB激光器连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一，所述光纤耦合器－1的合束端连接到环形器－1的端口1，所述环形器－1的端口2连接到高非线性光纤－1的一端，所述环形器－1的端口3连接到光纤耦合器－2，所述光纤耦合器－2的小分束端连接到隔离器－1的输入端，所述隔离器－1的输出端连接到高非线性光纤－1的另一端，所述光纤耦合器－2的大分束端连接到光纤耦合器－3的输入端，所述光纤耦合器－3的小分束端连接到EDFA-1的输入，所述EDFA-1的输出连接到光纤耦合器－1的50％分束端之一的端口，所述光纤耦合器－3的大分束端连接到光纤耦合器－4的输入端，所述光纤耦合器的输出包括两个端口。
4.根据权利要求1所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述波长选择模块包括环形器－2、FBG和EDFA-2，所述的FBG为窄带光纤光栅，反射带宽不大于SBS频率间隔的3倍，所述FBG的反射范围覆盖SBS光频率梳产生模块A产生的梳状光谱中的最后一个波长。
5.根据权利要求5所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述环形器－2的输入端口1连接到光纤耦合器－4的小分束端，所述环形器－2的输入端口2连接到FBG，所述环形器－2的输入端口3连接到EDFA-2的输入端，所述EDFA-2的输出端连接到光纤耦合器－5的50％分束端之一的端口。
6.根据权利要求1所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述SBS光频率梳产生模块B包括光纤耦合器－5、环形器－3、高非线性光纤－2、光纤耦合器－6、隔离器－2、光纤耦合器－7和EDFA-3，所述光纤耦合器－5的分束比为50:50，所述光纤耦合器－6和光纤耦合器－7的分束比均为10:90-30:70。
7.根据权利要求6所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述光纤耦合器－5的50％分束端之一连接到EDFA-2的输出端，所述光纤耦合器－5的合束端连接到环形器－3的端口1，所述环形器－3的端口2连接到高非线性光纤－2的一端，所述环形器－3的端口3连接到光纤耦合器－6的合束端，所述光纤耦合器－6的小分束端连接到隔离器－2的输入端，所述隔离器－2的输出端连接到高非线性光纤－2的另一端，所述光纤耦合器－6的大分束端连接到光纤耦合器－7的合束端，所述光纤耦合器－7的大分束端连接到合束模块的可调光衰减器的输入端，所述光纤耦合器－7的小分束端连接到EDFA-3的输入端，所述EDFA-3的输出端连接到光纤耦合器－5的另一50％分束端。
8.根据权利要求1所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述合束模块包括可调光衰减器和光纤耦合器－8，所述可调光衰减器的输入端连接到光纤耦合器－7的大分束端，所述可调光衰减器的输出端连接到光纤耦合器－8的分束端之一的端口，所述光纤耦合器－8的另一分束端连接到SBS光频率梳产生模块A的光纤耦合器－4的大分束端，所述光纤耦合器－8的合束端作为输出端，所述光纤耦合器－8的分束比为50:50。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于：所述光器件均为保偏光纤器件。
10.一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生方法，使用了根据权利要求1-9任意一项所述的一种级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、DFB激光器产生单频激光，控制EDFA-1的增益，使SBS光频率梳产生模块A激发多阶斯特克斯光，形成光频率梳A，光频率梳的最后一个应当处于FBG的反射范围内；
S2、FBG将光频率梳A的最后一个波长筛选出来，并经环形器－2注入到EDFA-2进行放大，随后注入到SBS光频率梳产生模块B；
S3、控制EDFA-3的增益，使SBS光频率梳产生模块B产生光频率梳B；
S4、通过调节光衰减器使光频率梳A和光频率梳B的幅度相近，随后通过光纤耦合器－8将光频率梳A和光频率梳B合束，实现具有较大光谱范围的光频率梳C。
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