CN114696191A - 一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法 - Google Patents

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段显奕
贺宜平
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Abstract

本发明请求保护一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法，属于激光技术以及非线性光学领域。该装置包括NALM环、单向环和四端口耦合器；NALM环包括激光泵浦源输入端、合束器、增益光纤、第一偏振控制器和单模光纤为NALM环的环形主体；单向环包括第二偏振控制器、隔离器和三端口耦合器为单向环的环形主体；四端口耦合器将NALM环和单向环连接。该装置利用NALM结构作为等效可饱和吸收体来实现锁模，能够输出多波长锁模亮暗脉冲，具有泵浦功率低、锁模稳定、结构简单、系统锁模稳定可靠的优点。可用于保密通信系统领域，对于光纤激光器的脉冲非线性动力学研究有着重要意义。

Description

一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域。具体涉及一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法，对于光纤激光器的非线性动力学研究有着重要意义。
背景技术
到目前为止，已经有很多关于锁模光纤激光器的报道。通过管理光纤谐振腔的参数，在被动锁模光纤激光器中实验观察到了传统孤子、耗散孤子、耗散孤子共振和类噪声脉冲。然而，上述脉冲都是亮脉冲。此外，还有一种暗脉冲。与亮脉冲相比，暗脉冲具有更稳定和传输损耗更低的优点，在通信和精密测量具有广阔的应用前景。除了亮脉冲和暗脉冲之外，由于脉冲之间的相互作用，亮-亮、暗-暗、亮-暗或暗-亮脉冲已经在光纤激光器中得到了理论上的证实，其中，亮暗脉冲可以在保密通信系统中形成安全码，逐渐得到了深入的探索。
亮暗脉冲可以通过石墨烯、二硫化钼﹑拓扑绝缘体等真实可饱和吸收体实现，也可以通过人工可饱和吸收体获得，比如，非线性偏振旋转、非线性放大环镜和非线性光纤环形镜。而真实可饱和吸收体存在损伤阈值低的缺点，很难承受更高的脉冲能量；同时，现有的光纤激光器产生的亮暗脉冲的光谱多为典型的单峰宽光谱和双峰宽光谱，并且亮暗脉冲之间的时间间隔不可调。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，包括激光泵浦源、合束器、增益光纤、第一偏振控制器、单模光纤、四端口耦合器、第二偏振控制器、隔离器和三端口耦合器，其中所述激光泵浦源输出端a连接合束器的泵浦输入端，合束器的输出端c连接增益光纤的一端，增益光纤的另一端连接四端口耦合器的d端，合束器的b端连接第一偏振控制器的一端，第一偏振控制器的另一端连接单模光纤的一端，单模光纤的另一端连接四端口耦合器的e端，构成NALM环；第二偏振控制器的一端与四端口耦合器的输出端f连接，第二偏振控制器的另一端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与三端口耦合器的输入端j连接，三端耦合器的h端与四端口耦合器的输入端g连接，三端耦合器的i端用作输出，构成单向环；所述四端口耦合器将所述NALM环和所述单向环连接构成“8”字腔锁模装置。
作为本发明的进一步改进，所述激光泵浦源用于产生激光，所述合束器用于将泵浦光耦合到NALM环形腔，所述增益光纤用于产生增益，所述单模光纤用于产生非线性相位差，所述第一偏振控制器用于控制线性相位偏置，从而控制NALM环的透射率，所述第二偏振控制器用于调节腔内的偏振态，所述隔离器用于控制信号光的传输方向，所述三端口耦合器用于分路和合路，所述四端口耦合器用于光信号干涉，将相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉。
作为本发明的进一步改进，所述亮暗脉冲中亮脉冲与暗脉冲之间的间隔通过调节激光泵浦源的泵浦功率实现。
作为本发明的进一步改进，所述亮暗脉冲的输出光谱为多波长光谱。
作为本发明的进一步改进，所述四端口耦合器为50:50耦合器，该耦合器将入射光分成幅值相等、传输方向相反的两束光。
作为本发明的进一步改进，所述增益光纤掺杂有稀土元素，稀土元素铥、铒、镱，或其任意组合。
作为本发明的进一步改进，所述激光泵浦源的泵浦功率为3W-8.0W。
本发明还提供了一种基于上述装置的多波长锁模亮暗脉冲生成方法，包括如下步骤：
激光泵浦源输入连续激光，激励增益光纤生成初始激光，初始激光通过NALM环进行腔内脉冲整形，在“8”字腔内循环振荡，生成多波长锁模亮暗脉冲；进一步地增加泵浦功率以实现亮脉冲和暗脉冲分离，并且对亮暗脉冲之间的间隔进行调节。
作为本发明的进一步改进，所述激光泵浦源的泵浦功率在3W-8.0W时，输出多波长锁模亮暗脉冲，其中亮暗脉冲的时间间隔调节范围为13.02ns-99.00ns。
本发明的优点及有益效果如下：
根据本发明实施例提供的一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法，与上述其他现有的亮暗脉冲产生方案相比，本方案具有激光器结构简单、成本低廉、损伤阈值高等优点。
本发明实施例提供的一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法，能够实现亮暗脉冲分离，并且能对亮暗脉冲之间的间隔进行调节。
本发明实施例提供的一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置及方法，包括NALM环(非线性放大环形镜)、单向环和四端口耦合器，其中，NALM环具有双重作用，其一，NALM环为锁模器件，NALM环中的光双向传播，产生非线性相移并实现锁模；其二，NALM环为产生多波长的器件，利用NALM的强度相关损耗可以获得稳定的多波长振荡。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置结构示意图；
图2是根据本发明实施例输出的多波长锁模亮暗脉冲波形图；
图3是根据本发明实施例输出的光谱图；
图4是根据本发明实施例输出的亮暗脉冲之间间隔随泵浦功率变化图；
图5是根据本发明实施例输出的光谱随泵浦功率变化图；
图中：1-激光泵浦源，2-合束器，3-增益光纤，4-第一偏振控制器，5-单模光纤，6-四端口耦合器，7-第二偏振控制器，8-隔离器，9-三端口耦合器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，主要包括：用于产生泵浦光的激光泵浦源1，用于将泵浦光耦合到环形腔的合束器2，用于产生增益增益光纤3，用于产生非线性相位差的单模光纤，用于控制NALM的透射率的第一偏振控制器4，用于调节腔内的偏振态的第二偏振控制器7，用于控制信号光传输方向的隔离器8，用于分路和合路的三端口耦合器9，用于光信号干涉的四端口耦合器6。
所述激光泵浦源1输出端a连接合束器2的泵浦输入端，合束器2的输出端c连接增益光纤3，增益光纤3的另一端连接四端口耦合器6的输入端d，合束器2的输出端b连接第一偏振控制器4，第一偏振控制器4的另一端连接单模光纤5，单模光纤5的另一端连接四端口耦合器6的e端，第二偏振控制器7的一端与四端口耦合器6的输出端f连接，隔离器8的输入端与第二偏振控制器7的另外一端连接，隔离器8的输出端与三端口耦合器9的输入端j连接，三端耦合器9的h端与所述四端口耦合器6的输入端g连接，三端耦合器9的i端用作输出，所述四端口耦合器6将所述NALM环和所述单向环连接。
图2是根据本发明实施例输出的亮暗脉冲波形图。如图2所示，根据本发明实施例提供的多波长锁模亮暗脉冲生成方法，能够输出稳定的亮暗脉冲，亮脉冲和暗脉冲的持续时间分别为4ns和3.8ns。插图为示波器观察的亮暗脉冲序列波形，亮暗脉冲序列的时间间隔和重复频率分别为0.96μs和1.04MHz。
图3是根据本发明实施例输出的光谱图。如图3所示，该多波长锁模亮暗脉冲的装置输出光谱波长数为10。
图4是根据本发明实施例输出的亮脉冲和暗脉冲之间的间隔随泵浦功率的演化图；通过调节泵浦功率和偏振控制器PC可以实现亮脉冲和暗脉冲分离。
图5是根据本发明实施例输出的亮暗脉冲光谱随泵浦功率的演化图。通过增加泵浦功率，光谱波长数从10增加到了13。
最后应该说明的是：本发明权利要求保护不限于上述实施例。尽管参照上述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清楚：其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：包括激光泵浦源(1)、合束器(2)、增益光纤(3)、第一偏振控制器(4)、单模光纤(5)、四端口耦合器(6)、第二偏振控制器(7)、隔离器(8)和三端口耦合器(9)，其中所述激光泵浦源(1)输出端a连接合束器(2)的泵浦输入端，合束器(2)的输出端c连接增益光纤(3)的一端，增益光纤(3)的另一端连接四端口耦合器(6)的d端，合束器(2)的b端连接第一偏振控制器(4)的一端，第一偏振控制器(4)的另一端连接单模光纤(5)的一端，单模光纤(5)的另一端连接四端口耦合器(6)的e端，构成NALM环；第二偏振控制器(7)的一端与四端口耦合器(6)的输出端f连接，第二偏振控制器(7)的另一端与隔离器(8)的输入端连接，隔离器(8)的输出端与三端口耦合器(9)的输入端j连接，三端耦合器(9)的h端与四端口耦合器(6)的输入端g连接，三端耦合器(9)的i端用作输出，构成单向环；所述四端口耦合器(6)将所述NALM环和所述单向环连接构成“8”字腔锁模装置。
2.根据权利要求1所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述激光泵浦源(1)用于产生激光，所述合束器(2)用于将泵浦光耦合到NALM环形腔，所述增益光纤(3)用于产生增益，所述单模光纤(5)用于产生非线性相位差，所述第一偏振控制器(4)用于控制线性相位偏置，从而控制NALM环的透射率，所述第二偏振控制器(7)用于调节腔内的偏振态，所述隔离器(8)用于控制信号光的传输方向，所述三端口耦合器(9)用于分路和合路，所述四端口耦合器(6)用于光信号干涉，将相反方向不同相移的光信号之间进行相互干涉。
3.根据权利要求2所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述亮暗脉冲中亮脉冲与暗脉冲之间的间隔通过调节激光泵浦源(1)的泵浦功率实现。
4.根据权利要求3所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述亮暗脉冲的输出光谱为多波长光谱。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述四端口耦合器(6)为50:50耦合器。
6.根据权利要求1-4任一项所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述增益光纤(3)掺杂有稀土元素，稀土元素铥、铒、镱，或其任意组合。
7.根据权利要求1-4任一项所述一种实现多波长锁模亮暗脉冲的装置，其特征在于：所述激光泵浦源(1)的泵浦功率为3W-8.0W。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述装置的亮暗脉冲生成方法，其特征在于：包括如下步骤：
激光泵浦源(1)输入连续激光，激励增益光纤(3)生成初始激光，初始激光通过NALM环进行腔内脉冲整形，在“8”字腔内循环振荡，生成多波长锁模亮暗脉冲；进一步地增加泵浦功率以实现亮脉冲和暗脉冲分离。
9.根据权利要求8所述多波长锁模亮暗脉冲生成方法，其特征在于：所述激光泵浦源(1)的泵浦功率在3W-8.0W时，输出多波长锁模亮暗脉冲。
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