CN1276881A - 孤子脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

通过提供输入连续波、激励布里渊散射具有由输入连续波的频率确定的频率的输入波来产生后向散射波、耦合具有由输入连续波确定的频率的连续波和后向散射波来产生正弦输出信号和压缩正弦输出来形成弧子脉冲串,形成弧子脉冲串发生器。因为后向散射波的波长位移实际上独立于输入波长,而且功率耦合第二波和后向散射波导致高度稳定和可控制正弦输出信号。通过运用色散减小光纤或运用另一种脉冲压缩装置,提供高度稳定和可控制弧子脉冲串。

Description

孤子脉冲发生器
本发明要求美国临时申请第60/062001号的优先权并作为参考资料在此引入。
发明背景
本发明涉及脉冲发生器，特别是，涉及用于产生稳定和可控制孤子脉冲串的方法和装置。
背景描述
在超高速时分复用(TDM)网络中要求高重复率、低定时跳动发射机(lowtiming jitter transmitter)。对于孤子发射机，有一种方法，即，通过脉冲压缩装置绝热压缩和再成型正弦光输入，在20GHz至1THz的重复率下产生孤子脉冲串。绝热压缩保证变换有限(transform-limited)(无线性调频脉冲的(unchirped))孤子。存在各种方法来产生输入到脉冲压缩装置的正弦信号。
在Swanson等人的“运用Mach-Zehnder调制器输出的孤子压缩产生40GHz脉冲串传输”，IEEE光子技术通信(photonic technol)Lett.7(1)，114-116(1995)，通过运用Mach-Zender调制器调制来自20GHz信号发生器的连续波输出，产生正弦信号。虽然运用该方法产生高质量正弦信号，但是本方法需要昂贵和复杂的元件，包括20GHz电子信号发生器和调制器。
在“在色散变化光纤电路中通过多孤子(multisoliton)脉冲传播产生40GHz孤子串”，IEEE光子技术通信，Lett.6(11)1380-1382(1994)，Shipulin等人描述了孤子脉冲发生器，其中通过混频(拍(beat))来自两个连续波激光器的两个频率，产生正弦信号。该技术的主要缺点在于很难锁定在两个激光源之间的频率。因此，很难运用该技术将发生器的输出频率调谐到所需频率。Swanson等人在“运用两个CW激光器和标准单模式光纤产生23GHz和123GHz孤子脉冲”(IEEE光子技术通信，Lett.6(7)，796-798(1994))中描述了与Sipulin等人相类似的孤子串产生方法。
因此，需要一种产生孤子脉冲串的方法和装置，它利用无源和廉价元件来产生高度稳定和可控制孤子脉冲串。
发明概述
根据它的主要方面和一般描述，本发明涉及脉冲产生方法和相关电路，它利用布里渊散射来产生高度稳定和可控制孤子脉冲串。
当在光纤中激励布里渊散射时，输入信号通过电致伸缩过程产生声波，它又反过来导致对折射率周期性调制。折射率光栅通过布拉格衍射散射输入信号光，而且由于与以声速γA移动的光栅相关的多普勒频移，导致散射光的频率下移。激励在光纤中的布里渊散射导致向后传播信号的波长从输入信号位移达实际上独立于输入信号的波长的数值。
通过提供输入连续波、激励由输入连续波的频率确定频率的输入波的布里渊散射来产生后向散射波、将由输入连续波确定频率的连续波与后向散射波耦合来产生正弦输出信号并压缩正弦输出来形成孤子脉冲串，形成本发明的孤子脉冲发生器。由于后向散射波的波长位移实际上独立于输入功率和波长，将连续波与后向散射和波长位移波耦合导致在装置的输出光纤处产生高度稳定和可控制光信号。通过利用其色散在传播方向沿着它的长度减小(色散减小光纤)的光纤或者利用交替脉冲压缩技术，来压缩正弦信号，提供高度稳定和可控制脉冲发生电路。
对本发明来说，其中发生布里渊散射的光纤被认为是布里渊光纤。为了在布里渊光纤中获得布里渊散射，第一波的功率电平必须高于光纤的布里渊门限。由光纤的布里渊增益，光纤的有效纤芯(core)面积和光纤的有效交互(interaction)长度确定对于光纤长度的布里渊门限。较佳的是，控制布里渊光纤的参数，从而使光纤具有低门限，从而容易地获得高密度地向后传播的布里渊波。通过减小光纤的有效纤芯面积、增加纤芯的长度或通过使光纤的声能频谱变窄，可以提供低布里渊门限。
如果连续波和布里渊波的密度近似相等，就可在输出光纤中产生高质量的正弦信号。通过放大或衰减一种波或者通过在耦合器中耦合波，而该耦合器的耦合比使输出波为等强度，可使连续波和布里渊波的密度相等。
在设计脉冲发生器的一个重要考虑是保证不在第二耦合器的输出处，在输出光纤中激励布里渊散射。一般，通过增加输出光纤的布里渊门限，或者通过衰减输出信号的功率电平，从而它低于输出光纤的布里渊门限，可以避免在输出光纤中的不必要布里渊散射。
通过减小输出光纤中的布里渊增益，可以增加输出光纤的布里渊门限来避免不必要的布里渊散射。通过加宽声子频谱，可以获得小布里渊增益。可通过几种方法中的一种方法来完成频谱加宽，方法中包括在输出光纤中加入不均匀性的掺杂处理、提供具有变化直径的输出光纤或通过提供具有变化的拉丝张力的输出光纤。
通过增加输出光纤的有效纤芯面积、或者减小输出光纤的交互长度，也可以增加输出光纤的布里渊门限。可使根据本发明的脉冲发生器产生脉冲串，其重复率大约为10Gbps。通过调节光纤的温度，从而改变布里渊光纤的声速和布里渊光纤的折射率，可以容易地调谐重复率。
通过时分复用的方法，可用因子N×10Gbps容易地增加10Gbps频率。在时分复用中，运用1×N耦合器分裂~10Gbps脉冲串，用数据编码每个输出路径而且延迟Tb/N(其中，Tb是原始位期限)来交错脉冲，而且运用N×1耦合器来重新组合几条路径。
本发明的主要特性是通过提供输入连续波、激励由输入连续波的频率确定频率的输入波的布里渊散射来产生后向散射波和将由输入连续波确定频率的连续波与后向散射波耦合来产生正弦输出信号。正弦输出波的频率是连续波输入和后向散射波之间的频率(光速/波长)差。由于后向散射波具有基本上独立于输入波的波长和频移，在第二耦合器的输出处产生的正弦输出是高度稳定和可控制的。此外，将产生高度稳定和可控制正弦输出，而不必使用昂贵和复杂的信号发生器。
本发明的另一个特征是利用色散减小光纤或通过另一种方法来压缩正弦信号。压缩正弦信号提供高度稳定和可控制孤子脉冲串。
本发明的另一个主要特征在于选择布里渊光纤，其中选择布里渊光纤的纤芯面积和长度来提供低布里渊门限功率电平。通过低布里渊门限，容易地获得在布里渊光纤中的布里渊散射。
本发明的另一个特征是第一耦合器的耦合比。选择第一耦合器的耦合比，从而耦合在布里渊光纤中的第一波明显高于布里渊门限，从而产生其强度足以与第二波耦合的后向散射波。
本发明的又一个特征在于调节(通过放大、衰减或选择适当耦合比)第二波和布里渊波，从而当耦合它们时，两种波具有相等强度。在相等的强度下耦合两种波产生高质量正弦输出，它具有最大强度以与临时干扰鲜明对照。
本发明的又一个特征在于，掺杂色散减小光纤，从而加宽它的声能频谱。加宽声波的频谱分布增加在色散减小光纤中的布里渊门限，从而阻止在色散减小光纤中的不必要受激布里渊散射。
通过结合附图，从随后的较佳实施例的详细描述，本发明的这些和其他特性对于熟悉本技术领域的人员而言是显而易见的。
附图简述
在附图中，
图1A、1B、1C和1D示出本发明的多种实施方法的一般示意图；
图2是用于光纤的样品(sample)长度的后向散射功率对输入功率的示图；
图3是用于光纤的样品长度的发射功率(transmitter power)对输入功率的示图；
图4是包括多个级联布里渊光纤的光电路的一般示意图；和
图5是示出孤子脉冲串的时分复用的一般示意图。
较佳实施例的详细描述参照图1A-1D，描述本发明的操作，上述附图示出孤子脉冲发生器10的一般示意图的变化。在图1A的实施例中，通过光隔离器(isolator)13将由激光二极管12产生的光输入连续波11输入到输入耦合器16，它把光输入分成连续波，用箭头18和20表示。输入连续波18沿着光纤22传播，其中光纤22适合于生成布里渊波，并因而称为布里渊光纤22。连续波20沿着光纤24传播，而且输入到第二耦合器26。同时，通过布里渊散射连续波18，在布里渊光纤22中产生后向散射波28。从连续波18反向传播，后向散射波28通过第一耦合器16传播，而且输入到第二耦合器26。在第二耦合器26处，耦合连续波20和后向散射波28在第二耦合器26的输出处产生正弦输出波30。向输出光纤33提供输出波30，例如，光纤33可以包括色散减小光纤34和传输光纤35。色散减小光纤34或另一种压缩源(未图示)压缩正弦输出信号30来产生孤子脉冲串36。
在图1B的实施例中，通过光环行器，而不是光纤耦合器，完成从前行输入波的后向散射布里渊波的空间分离。在光环行器中，输入到一支光纤的光表面上以顺时针方向(或逆时针方向)通过下一个光纤泄出环行器。参照图1B，从左侧进入的波11将作为波18泄出到右侧；从右侧进入的后向散射波将作为波28泄出到底部。图1C的实施例运用如图1A的相同光纤耦合器来分离后向散射波。然而，图1C以及图1B运用通过布里渊光纤发送的光作为到耦合器26的一个输入。在图1A-C中，元件22是长度较长的光纤。
如图1D所示的另一个实施例运用如图1C的相同基本结构，添加布里渊激光耦合器17，它自身向后折叠光纤22。耦合器17产生反馈机理，从而将从光纤22中产生的一小部分布里渊波重新引入环路中。这种反馈导致环路发出激光，而且并被称为布里渊激光。它的优点在于它所需要的光纤长度比前面的实施例更短，以及更低的门限功率。然而，它产生下位移波，同时具有更窄的频谱宽度。来自耦合器26的所致波也具有很窄的频谱宽度。如图7所示，由于gB与频谱宽度ΔγP成反比所以这可导致在光纤34中的大布里渊增益系数，gB。于是，本实施例可以协调光纤34中的抑制受激布里渊散射和在光纤22中的提高受激布里渊散射。
受激布里渊散射(SBS)是在光纤的输入(前向)抽运波(pump wave)、后向散射(斯托克斯)波和声波之间的交互作用。当输入功率增加到超过SBS功率门限时，发射功率(波)锁定在最大值，而且进一步增加输入功率导致沿着向后方向散射光。
根据粒子描述，高输入功率电平增加了在光纤中光子与声子碰撞并赋予它能量的可能性。由于在碰撞中的能量和动量守恒，散射光子变得频率下移(波长更长，能量更低)，而且优先沿着光纤先向后直接散射。在SBS过程的波描述中，输入抽运波通过电致伸缩建立玻璃格振荡。声振荡产生以声速传播的折射率光栅，从而输入波布拉格衍射为多普勒频移、向后传播的斯托克斯波(后向散射波)。入射波对后向散射波的干扰增强和强化产生反馈机理的声光栅，当入射功率增加时，它非线性地耗尽发送波。因此，在开始SBS过程时，后向散射光量突然增加。由于沿着向前方向传播声光栅，所以在光纤中的受激布里渊散射导致向后传播多普勒波，它的波长从入射波下移达实际上独立于输入波的波长的数值。波长位移依赖于声波的速度。在由Govind P.Agrawal所著的非线性光纤一书(学术出版社，1995，370-403页)中彻底讨论了受激布里渊散射的性能。
再次参照图1A-1D，通过保证通过布里渊光纤22传播的第一波18大大高于对该光纤的布里渊门限，获得具有适于本发明目的的强度的后向散射波。图2示出曲线40，它表示对于长度为20千米的光纤的后向散射功率对输入功率的关系。在输入功率低于7.37dBm的区域中，由瑞利后向散射主导了后向散射功率。在7.37dBm处的突然倾斜是因为添加了受激布里渊散射。门限功率与该点不连续斜率相对应，而且在该处瑞利和布里渊对后向散射的贡献大致相等。对于本发明，需要在高于门限的情况下运行，其中受激布里渊散射的相干特性提供对输入波的良好干扰。
图3中示出曲线44，它表示对于与图2中的长度为20千米光纤相同的光纤的发射功率对输入功率的关系。超过7.37dBm的门限功率，当后向散射更多功率时，发射功率部分减小。它亚线性地超出门限功率，和在较高输入功率下渐近地接近恒值。在图1B和1C的实施例中，将该发射光(transmitter light)用作到干扰耦合器26的非下移输入。从图2和3可见，存在输入功率，从而在耦合器26处的后向散射和发射功率干扰相等。这提供与不连续波背景呈高度对比的临时分布，这对高质量孤子脉冲产生是很重要的。
较佳的是，布里渊光纤22具有低到实践上可以使获得稳定后向散射波所需的输入功率量最小的布里渊门限。
由下式给出对于布里渊光纤26的布里渊门限：
Figure A9881024800141
其中Aeff是光纤的有效纤芯面积，Leff是光纤的有效交互长度和gB是布里渊增益系数。于是，可见通过减小布里渊光纤22的有效纤芯面积、增加布里渊光纤22的有效交互长度或通过增加光纤的布里渊增益，可以减小布里渊门限。表1示出对于其有效纤芯面积大约为50mm2、光纤损耗为0.2dB/km和峰值布里渊增益大约为2.4×10-11m/w的光纤样品，光纤长度对布里渊功率门限的影响。
                         表1
光纤长度(千米)                          SBS门限功率(dBm)
5                                       9.895
10                                      8.174
20                                      7.130
30                                      6.060
虽然在超出30千米的最大长光纤使布里渊门限最小而且在性能方面也是较佳的，但是长度大约为5千米的低成本光纤适于本发明的目的。
为了在布里渊光纤22中产生稳定和可控制后向散射波，应调度抽运连续波12的功率电平和第一耦合器16的耦合比，从而耦合到布里渊光纤22中的第一波18的功率电平明显高于对于该光纤的布里渊门限。
由第一连续波18的布里渊散射产生的后向散射波28具有中心波长，其频率从第一连续波18位移。下式给出相对于第一波18的后向散射波28的频移νSH
Figure A9881024800151
其中，n是光纤的折射率，γA是光纤声速和λ1是第一连续波18的中心波长。
注意，频移的幅度与输入功率电平无关。因此，在本发明中，后向散射波28的频移的幅度保存恒定，而与第一连续波18的输入功率的细微(或巨大)波动无关。还应注意，从等式2可见，频移的幅度实际上与输入波长λ1开关。例如，1550钠米波长输入波变化1钠米只改变频移~7Mhz。因为后向散射波28具有与输入功率无关的波长位移，而且实际上与输入波长无关，所以在第二耦合器26的输出处产生的正弦输出30可以高度稳定和可控制的。
将1550钠米波长输入波用于布里渊光纤22导致其频率大约为11.2GHz的输出光纤33处的输出波，其中上述布里渊光纤22具有折射率大约为1.5和声速大约为600米/秒。利用它对温度的依赖性，可以向预定频率调节输出波的频率。
可将布里渊频率对温度的依赖性νb表示为等式(2)的温度微分：
Figure A9881024800152
组合折射率的温度依赖性和声速依赖性来给出布里渊频率对温度的依赖性。因此，可见可通过调节温度来改变输出波的频率。通过运用光纤加热炉加热布里渊光纤，可以方便地调节输出波的频率。总数dνSH/dT大约是1.2MHz每摄氏度。对于100度的实际温度范围，布里渊频率可在大约11.2Ghz到大约11.3Ghz范围内变化。
当将第二连续波20和后向散射波28输入到第二耦合器26时，混合(拍)具有不等波长的连续波来产生正弦信号，其频率等于第二连续波20和后向散射连续波28之间的频率差。可将输出信号30的强度表示为：fout＝|Eout|2＝| ECW+ EB|2                     等式4
＝|ECW|2+|EB|2+2ECWEBcos(2πγoUTτ)      等式6
其中ECW是第二连续波20的幅度、EB是后向散射波28的幅度、γCW是波20的频率、γB是波28的频率和γOUT＝γCW-γB是等于频移的差频，因为γB＝γCW-γSH。如果使第二连续波20和后向散射波28具有近似相等的功率电平，那么最优化正弦输出信号30的质量。在这种情况下，ECW＝EB＝E和上面等式变成IOUT＝2|E|2(1+cos2πγSHτ)、因为cos随着时间在+1与-1间变化，所以输出强度将在+4|E|2和0之间变化。于是，在等功率电平(强度)下耦合连续波产生了干涉面的最大对比比例(或可见干涉条纹)。当ECW＞＞EB时，由上式变成IOUT≈2|ECW|2+2ECWEBcos2πγSHt。由于EB很小，所以第二调制项大大小于连续波第一项。
再次参照图1，通过执行几种不同方法中的一种，可以使第二波20和后向散射波28的强度相等。后向散射波28正常具有远远小于第一连续波18(它产生后向散射波28)的强度，而且当通过输入耦合器16和第二耦合器26传播时经历强度损耗。因此，使第二波20和后向散射波28的强度相等一般包括增加后向散射波28的强度和/或减小第二连续波20的强度。在本发明一种方法中，发送(transmitting)后向散射波28的光纤46可在其中安装用于放大后向散射波强度的放大器。为了在大约1550钠米波长周围放大，掺铒光纤放大器是适当的。在另一种强度等化方法中，通过将衰减器安装在发送第二连续波20的光纤24中，可以衰减第二连续波20。
用于将后向散射波28和第二连续波20的强度相等的最佳方法包括选择对于第二耦合器26的耦合比，从而后向散射波28和第二连续波20在等同强度下耦合到输出光纤33中。适当的耦合比等于到耦合器的输入功率的倒数之比，即：1/后向散射功率∶1/连续功率。例如，如果在到26的输入处地方后向散射功率是连续功率的0.1倍，那么耦合比是10∶1。
在设计脉冲发生器过程中的一个重要考虑是保证不在第二耦合器26的输出处，在输出光纤33中激励布里渊散射。一般，通过增加输出功率33的布里渊门限高于输出30的功率电平，可以避免在输出光纤33中的不必要布里渊散射。实际上，由于输出波30包括两个不同频率分量(对于ECW＝EB)，每个分量需要低于门限功率或者总功率需要低于门限功率的两倍。
现有技术教导光纤34可以交替地包括标准单模光纤和色散位移单模光纤的部分。交替部分空间地分离自相位调制和色散效应，而不是在其色散连续减小的光纤内在自相位调制和群速之间的小局部不平衡。小心地选择每部分的长度将允许将输入光正弦波绝热地压缩到孤子脉冲串中。预期，比起色散减小光纤，这样的光纤更加容易制成。很容易获得组分光纤(component fiber)，而且不难获得对部分长度的精确控制。对于我们应用很重要的附加优点是通过运用单种光纤，在复合光纤(composite fiber)中的布里渊门限功率增加大约3dB。每种光纤的声子频谱独立运作。结果，复合光纤的长度看上去只有一半。
可以增加输出光纤33的布里渊门限，来通过减小在输出光纤中的峰值布里渊增益gB，避免不必要的布里渊散射。给出光纤的峰值布里渊增益：
Figure A9881024800171
其中ΔγP是输入波的频谱宽度，和ΔγB是声能频谱gP的频谱宽度，给出峰值布里渊增益系数：
Figure A9881024800172
其中，n是折射率，P12是纵向光弹性系数，po是材料密度和λp是输入波长。
可从图7见，通过调节输入波的频谱宽度，可以控制光纤的布里渊增益。通过使输入波的频谱宽度最小，可以获得大布里渊增益(于是，可从图1见，小布里渊门限)。对于趋近于零的输入频谱宽度，可从等式4见，布里渊增益趋近于峰值布里渊增益系数。通过比较，当相对于后向散射频谱输入频谱宽度变大时，布里渊增益趋近于零。因此，通过加宽输入波的频谱轮廓，可以获得小布里渊增益。
在本发明中，在布里渊光纤22中，大布里渊增益是理想的，从而激励布里渊散射，而且产生强后向散射波，但是在输出光纤33中大布里渊增益是不理想的，以便避免在输出光纤33中的SBS。通过将窄频谱输入波(第一连续波18)应用在布里渊光纤22中，部分提供在布里渊光纤22中的大布里渊增益。通过将宽频谱输入信号应用在输出光纤33中，可以提供在输出光纤33中的小布里渊增益。应用在输出光纤33中的输入信号是于后向散射波28耦合的第一连续波20的耦合器输出。因为耦合器输出具有近似于两个输入频谱中的较大者的频谱轮廓，所以通过提供宽频谱后向散射波28，可以产生到输出光纤33中的宽频谱输入信号。虽然从等式8可见宽频谱后向散射波将减小峰值布里渊增益系数，而且减小在布里渊光纤22中的布里渊增益，但是为了减小发生在输出光纤33中的SBS的危险性，忍受在布里渊光纤22中的SBS过程的附加无效率性。
由几种方法中的一种来完成在输出光纤中的声能频谱的频谱加宽，其中上述几种方法包括沿传播轴的非一致性折射率变化或光纤拉丝张力。在申请序号第60/052,616号(1997年7月15日申请，发明名称为抑制在光纤中的受激布里渊散射，已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中描述用于控制受激布里渊散射的几种方法。
还可增加输出光纤33的布里渊门限，从而通过增加输出光纤33的有效纤芯或者减小输出光纤33的交互长度，避免在输出光纤33中产生SBS。
通过将正弦输出用于色散减小光纤34(如图1所示)，可在高重复率下将来自第二耦合器26的稳定正弦输出30转换成孤子脉冲串。通过在制造过程中使光纤长度的纤芯直径变细，可以制成色散减小光纤。在本发明中，通过几种技术，例如，使纤芯直径轴向变细或者在玻璃形成过程中轴向改变折射率或者在光纤拉丝过程中轴向改变光纤覆层直径，可以制成色散减小光纤34。沿着光纤长度z的色散轮廓D(z)是形式D(z)＝D(0)exp(-Az)/(1+Bz)，其中A和B是常数。选择这些常数来满足两个条件：
色散变化率快于在光纤中的光纤衰减率。
以色散长度定标示出的色散变化率较慢。
第一个条件保证当波形沿光纤传播时将压缩输入波形的宽度(在这种情况下，正弦波)。该条件表示已知为自相位调制的光学非线性强于光学色散。结果，一旦传播，就产生新频率分量，它用于使脉冲在时间域中变窄。第二个条件保证在自相位调制和色散之间的这种不平衡不太大，从而不绝热地(慢地)发生压缩处理。非绝热压缩导致跨脉冲的频率变化(已知为线性调频脉冲)，它导致从脉冲(已知为色散波)散发能量。将脉冲的色散长度定义为色散除以脉冲宽度平方。这是脉冲可以对色散变化作出反应的长度定标。因此，对于逐渐绝热脉冲宽度变化，应在几个色散长度范围内发生色散变化。
对于10Ghz正弦波形，其中在它最大值一半处的全宽度为33ps，输出光纤33所需的色散长度可以是几十千米(依赖于光学色散)。对于压缩孤子脉冲串，这可以是不实际地长的长度。实际上，过去的工作只能示范对于大于20Ghz的频率的正弦压缩。然而，由Quiroga-teixeiro等人所著的“通过快速绝热放大的有效孤子压缩”(J.Opt.Soc.Am.B，第687页，第4号，13卷(1996))提出的最近模拟建议通过快速增加分布放大，压缩在光纤中的一个色散长度内是可行的。为了进一步减小压缩长度，他们建议离散放大的一系列光纤之后紧跟着将较高阶孤子模式非线性转换回成基础模式的光纤。对于本发明，这应将压缩长度减至10千米以下。
通过提供如图4所示的光纤电路结构，还可以减小输出光纤22的长度需要。在该结构中，后向散射波28不直接耦合到耦合器26中，如在图1A-1D所示的结构那样。取而代之的是，由放大器50放大后向散射波28的输出，而且输入到类似地适于第一布里渊光纤22的第二布里渊光纤54，从而在其中激励布里渊散射。可将在第二布里渊光纤54中激励的后向散射波28a输入到耦合器26内，或者可以放大和输入到第三布里渊光纤56中。假设布里渊光纤具有类型特种，那么正弦输出波30的频率γout可表示为N·γout，其中N是在电路提供的级联布里渊光纤的数量，而γout是输出波30的频率，通过将入射波与带有第一布里渊光纤28的后向散射波28耦合产生上述输出波30。
还可以压缩正弦输出30，来通过将正弦输出30输入到光纤光栅脉冲压缩器来产生孤子脉冲串。通过完全减去压缩阶段，可见本发明提供高度稳定和可控制微波源。
通过时分复用的方法，可将由脉冲发生器10产生的~10Gbs重复率增加因子N×1OGbs，其中N是整数。在时分复用中，运用1×N耦合器38划分~10Gbs脉冲串，如图5所示。运用长度较短的光纤或在集成光纤平面通道(channel)波导，将每个输出路径40延长Tb/N(其中Tb是以皮秒为单位的比特周期)，来交错脉冲。例如，以~0.2毫米长度获得1皮秒延迟。例如用来自电光调制器的数据编码各路径，而且运用N×1耦合器42来重新组合该路径。
总之，已描述增加基础布里渊重复率的两种方法。第一种通过1×2耦合器级联布里渊光纤来在数据编码之前耦合较高重复孤子脉冲串；第二种运用光纤时分复用来划分、分别数据编码和重新组合通道数量的技术。
虽然参照特定实施例描述本发明，但是应理解，应参照所附权利要求书来确定本发明的构思和范围。

Claims (52)

1.一种用于产生孤子脉冲串的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
提供输入连续波；
激励输入波的布里渊散射，它具有由所述输入连续波确定的频率来产生后向散射波，
将具有由所述输入连续波确定的频率的连续波与所述后向散射波耦合来产生正弦输出波。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，其中所述激励步骤包括调节所述布里渊光纤的有效纤芯面积来减小所述布里渊光纤的所述布里渊门限的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，而且所述激励步骤包括调节所述布里渊光纤的有效交互长度来减小所述布里渊光纤的所述布里渊门限的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，而且所述激励包括包括调节所述布里渊光纤的温度来调节所述后向散射波的散射波长位移的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述输入波输入到布里渊光纤，而且所述激励步骤包括调节所述布里渊光纤的声速来调节声速后向散射波的波长位移的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述输入波输入到布里渊光纤，而且所述激励步骤包括调节所述布里渊光纤的折射率来调节所述后向散射波的波长位移。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括下列步骤：
向第一耦合器呈现所述输入连续波来产生所述输入波；和
在所述第一耦合器的输出处提供布里渊光纤，所述布里渊光纤适于产生所述后向散射波。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括下列步骤：
向第一耦合器呈现所述输入连续波来产生所述输入波，由光纤环行器提供所述第一耦合器；和
在所述第一耦合器的输出处提供布里渊光纤，所述布里渊光纤适于产生所述后向散射波。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括提供用于产生所述后向散射波的布里渊激光器的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括下列步骤：
提供用于产生所述后向散射波的布里渊激光器；
将所述输入连续波用于第一耦合器来产生具有由所述输入连续波确定的频率的布里渊激光器输入波；
将所述布里渊激光器输入波输入到布里渊激光器耦合器来产生用于输入到所述布里渊激光器的所述输入波。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括提供在级联网络中的多根光纤以及将至少一个所述布里渊光纤的后向散射波用于所述网络的下一个布里渊光纤的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括下列步骤：
在级联网络中提供至少第一和第二布里渊光纤，所述第一布里渊光纤产生第一后向散射波；
放大所述第一后向散射波来产生放大的第一后向散射波；
向所述第二布里渊光纤呈现所述放大的后向散射波，来产生第二后向散射波。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
提供第三布里渊光纤；和
放大所述第二后向散射波并用于所述第三布里渊光纤。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励步骤包括下步骤：
在级联网络中提供至少第一和第二布里渊光纤，所述第一布里渊光纤产生第一后向散射波；
放大所述第一后向散射波来产生放大的第一后向散射波；
向所述第二布里渊光纤呈现所述放大的第一后向散射波来产生第二后向散射波，
其中所述耦合步骤包括将所述输入连续波与所述第二后向散射波耦合的步骤。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步骤还包括将所述连续波的强度等同于所述后向散射波的强度来产生高质量正弦输出信号的步骤。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步骤还包括将所述连续波的强度与后向散射波的强度等同来产生高质量正弦输出信号的步骤，所述等同部分包括放大所述连续波或所述后向散射波的步骤。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步骤还包括将所述连续波的强度与所述后向散射波的强度相等来产生高质量正弦输出信号的步骤，所述等同步骤包括衰减所述连续波或所述后向散射波的步骤。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步骤还包括将所述连续波的强度与所述后向散射波的强度等同来产生高质量正弦输出信号的步骤，其中在耦合器中耦合所述连续波和所述后向散射波，所述等同步骤包括选择用于所述耦合器的耦合比的步骤，从而在等同强度情况下耦合所述第二波和所述后向散射波。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述耦合步骤之后阻止所述正弦输出波的布里渊散射。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述输出波用于输出光纤，所述激励步骤包括加宽所述输出光纤的声能频谱来增加所述输出光纤的布里渊门限的步骤。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述输入波用于布里渊光纤，将所述输出波用于输出光纤和所述激励步骤包括改变所述布里渊光纤的拉丝张力的步骤，从而加宽所述布里渊光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
22.如权利要求1时时的方法，其特征在于，将所述输入波用于布里渊光纤，将所述输出波用于输出光纤和所述激励步骤包括掺杂所述布里渊光纤的步骤，从而加宽所述布里渊光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述输入波用于布里渊光纤，将所述输出波用于输出光纤，和所述激励步骤包括改变所述布里渊光纤的所述拉丝张力的步骤，从而加宽所述布里渊光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括压缩所述正弦输出波来产生孤子脉冲串的步骤。
25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括运用适于快速增加分布放大的输出光纤来压缩所述正弦输出波的步骤。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括运用色散减小光纤来压缩所述正弦输出波的步骤。
27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：
压缩所述正弦输出波来产生孤子脉冲串；
把所述孤子脉冲串分成多个扇出脉冲串；
时间延迟每个所述脉冲串；
对每个所述脉冲串的数据进行编码；
重新组合所述多个扇出脉冲串。
28.一种用于产生孤子脉冲串的装置，其特征在于，所述装置包括：
用于提供输入连续波的装置；
用于发展具有由所述输入连续波确定的频率的输入波的装置；
用于产生具有由所述输入连续波确定的频率的连续波的装置；
用于激励布里渊散射所述输入波来产生后向散射波的激励装置；
用于将所述连续波与所述后向散射波耦合来产生正弦输出波的耦合装置。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，和所述激励装置包括用于调节所述布里渊光纤的有效纤芯面积来减小所述布里渊光纤的所述布里渊门限的装置。
30.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，和所述激励装置包括用于调节所述布里渊光纤的所述有效交互长度来减小所述布里渊光纤的所述布里渊门限的装置。
31.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波输入到具有布里渊门限的布里渊光纤，和所述激励装置包括用于调节所述布里渊光纤的温度来调节所述后向散射波的波长位移的装置。
32.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波输入到布里渊光纤，和所述激励装置包括用于调节所述布里渊光纤的声速来调节所述后向散射波的波长位移的装置。
33.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波输入到布里渊光纤，和所述激励装置包括用于调节所述布里渊光纤的折射率来调节所述后向散射波的波长位移的装置。
34.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括：
用于根据所述输入连续波产生所述输入波的第一耦合器装置；和
在所述第一耦合器的输出处连接的布里渊光纤，所述布里渊光纤适于产生所述后向散射波。
35.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括：
所述耦合器装置，用于根据所述输入连续波产生所述输入波，由光纤环行器提供所述第一耦合器装置；和
在所述第一耦合器的输出处连接布里渊光纤，所述布里渊光纤适于产生所述后向散射波。
36.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括用于产生所述后向散射波的布里渊激光器。
37.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括：
布里渊激光器，用于产生所述后向散射波；
第一耦合器装置，用于产生具有由所述输入连续波确定的频率的布里渊激光器输入波；和
布里渊激光器耦合器，用于根据所述布里渊激光器输入波产生所述输入波来输入到所述布里渊激光器。
38.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括在级联网络中的多个布里渊光纤，其中把至少一个所述布里渊光纤的后向散射波输入到所述网络的下一个布里渊光纤。
39.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述激励装置包括：
在级联网络中的至少第一和第二布里渊光纤，所述第一布里渊光纤产生第一后向散射波；
用于放大所述第一后向散射波来产生放大第一后向散射波的装置，其中向所述第二布里渊光纤呈现所述放大的后向散射波来产生第二后向散射波。
40.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述耦合装置还包括用于将所述连续波的强度与所述后向散射波的强度等同来产生高质量正弦输出信号的装置。
41.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述耦合装置还包括用于将所述连续波的强度与所述后向散射波的强度等同来产生高质量正弦输出信号的装置，所述等同装置包括用于放大所述连续波或后向散射波的装置。
42.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述耦合装置还包括用于将所述连续波的强度与所述后向散射波的强度等同来产生高质量正弦输出信号的装置，所述等同装置包括用于衰减所述连续波或所述后向散射波的装置。
43.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括用于阻止布里渊散射散射正弦输出波的装置。
44.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括用于接收所述输出波的输出光纤，其中所述激励装置还包括用于加宽所述输出光纤的声能频谱来增加所述输出光纤的布里渊门限。
45.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波用于布里渊光纤，把所述输出波用于输出光纤，和所述输出光纤包括不一致性，从而加宽所述输出光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
46.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波用于布里渊光纤，把所述输出波用于输出光纤和掺杂所述布里渊光纤，从而加宽所述布里渊光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
47.如权利要求28所述的装置，其特征在于，把所述输入波用于布里渊光纤，把所述输出波用于输出光纤和所述布里渊光纤包括改变拉丝张力的部分，从而加宽所述布里渊光纤的声能频谱，从而增加所述输出光纤的布里渊门限。
48.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括用于加上所述正弦输出波来产生孤子脉冲串。
49.如权利要求28所述的装置，其特征在于，接收所述输出波的输出光纤、适于快速增加分布放大的所述输出光纤，从而所述输出光纤压缩所述正弦输出波来产生孤子脉冲串。
50.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括接收所述输出波的输出光纤，所述输出光纤包括用于压缩所述输出波来产生孤子脉冲串的色散减小光纤。
51.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括：
用于压缩所述正弦输出波来产生孤子脉冲串的装置；
用于将所述孤子脉冲串分成多个扇出脉冲串的装置；
用于衰减延迟每个所述脉冲串的装置；
用于重新组合所述多个扇出脉冲串的装置。
52.如权利要求51所述的装置，其特征在于，还包括用于对至少一个所述扇出脉冲串的数据进行编码。
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