一种产生可传输高功率脉冲串的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明属于光通信中的非线性光学研究领域，具体为一种产生可传输高功率脉冲串的方法和装置。解决了目前具有连续波背景的高功率脉冲串不能稳定传输的技术问题。一种产生可传输高功率脉冲串的方法，包括以下步骤：（a）产生一束连续波背景高功率脉冲串；（b）将该连续波背景高功率脉冲串至少分成两束，第一束输入至一个光学频谱分析仪中，第二束输入至一个光学可调带阻滤波器；（c）根据光学频谱分析仪分析出连续波背景高功率脉冲串中心频率所代表的泵浦波的波长，将连续波背景高功率脉冲串的中心频率部分背景波进行过滤，得到零背景可传输的高功率脉冲串。本发明简捷、高效，对在光纤通信中高功率脉冲传输具有重要的应用价值。
【专利说明】一种产生可传输高功率脉冲串的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信中的非线性光学研究领域，具体为一种产生可传输高功率脉冲 串的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术传输速度日益更新，近些年来，光纤通信技术目前已得到广泛的重 视和应用。其中增大通信系统的容量，提高通信速率，增大脉冲功率是重要的研究方向。当 前在提高通信网络容量，主要利用波分复用和时分复用等技术手段来进行，而在单信道中 提高信息容量，需要产生高重复率的优质超短脉冲。然而平均功率受限以及能量的低利用 率，限制了这些超短脉冲串的应用。单脉冲峰值功率又受到非线性效应、光损耗等因素的影 响。因此产生高功率、高重复率的脉冲序列是一个重要的研究目标。
[0003] 现如今，常规产生超短脉冲序列一般是通过主动或被动锁模方法实现的。通过对 拍频相干光源进行整形压缩来产生高重复率的脉冲串，由于受到腔长的制约，重复频率一 般在几十兆赫兹至几百兆赫兹，难于再提高，而且环境的变化会导致锁模状态的破坏，使得 激光器不能有效工作。此外，还包括有电光调制器等器件对是使用速率的限制。与其他传 统的光电方法相比，基于脉冲的在光纤中的非线性效应，会使脉冲很快响应，压缩成为高功 率的脉冲串。在这种情况下，可以通过调节初始调制周期来改变脉冲串重复频率，获得的脉 冲重复频率高达几十吉赫兹甚至几十太赫兹。因此，利用光纤中的克尔非线性代替传统的 繁琐操作锁模激光器来产生脉冲串是一个实用并且划算有效方法。
[0004] 在光纤系统中由于色散和非线性的相互作用会产生调制不稳定性，这种调制不稳 定性能够让具有扰动的连续波经过强的压缩和峰值功率的增长，最终将这个准连续波分 裂产生超短脉冲串。在国际上，调制不稳定性产生超短光脉冲早有研究。早在1992年， Agrawal采用掺铒光纤放大器利用连续光源产生高重复频率的飞秒脉冲串输出。（IEEE Photon. Technol. Lett.，1992, 4, 562)。其中，初始连续波扰动调制的一般方法是通过两个 连续波激光器进行双频拍频光波耦合来产生。此外，还可以通过一个连续波激光器经过 相位调制器和强度调制器来产生。2010年B. Kibler等人利用两个电信级的外腔激光器 (ECL-OSICS modell560-PM)作为信号输入，在高非线性光纤（0FS特殊光纤）中实现了强 局域结构的光学怪波，在峰值处形成具有背景波的高功率脉冲（Nat. Phys. 2010, 6, 790); 2011年K. Hammani等人在标准商用的电信光纤（SFM-28)中获得包含高功率脉冲的光学怪 波；研究了调制不稳定性频谱动力学（Opt. Lett. 2011，36, 112 ;0pt. Lett. 2011，36, 2140)。 在这里光纤不仅仅能传输光脉冲，它也作为了整形脉冲的工具。通过一个熟知的孤子压缩 机制，脉冲就能够被暂时的压缩。由于在这一过程中脉冲能量是恒定的，压缩之后峰值功率 也会相应的增长。这样一个弱脉冲嵌在一个为其提供能量的连续波背景上不断获得能量， 强度指数的增长，最后在峰值处得到了一个嵌在有连续波背景基座之上的高功率脉冲串。 但是，这些有背景的高功率脉冲串是无法在光纤中进行传输，它的强度会很快的衰减。必 须要消除背景波基座才可以进行稳定传输。关于消除背景波方法，之前有研究者提出利用 偏振技术消除连续背景波（Opt. Lett. 1982, 7, 512);也有人提出利用拉曼效应消除背景波 (Opt. Lett. 1990, 15, 1365)。最近的研究提出通过相位干涉仪利用相位相干的方法来实现 对背景波的消除（Sci. R印.，2012, 2, 463.)。这些技术方法中，有的无法完全消除背景、有的 需要过多的实验装置来实现，并且没有验证这些消除背景之后脉冲的传输特性。因此需要 一种新的、便捷、有效的方法来去除背景波，得到能够稳定传输的高功率脉冲串。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决目前具有连续波背景的高功率脉冲串不能稳定传输的技术问题，提 供一种产生可传输高功率脉冲串的方法和装置。
[0006] 本发明是米用以下技术方案实现的：一种产生可传输高功率脉冲串的方法，包括 以下步骤：(a)产生一束连续波背景高功率脉冲串；(b)将该连续波背景高功率脉冲串至少 分成两束，第一束输入至一个光学频谱分析仪中，第二束输入至一个光学可调带阻滤波器； 所述光学可调带阻滤波器是具有窄带带阻过滤功能的可调滤波装置；（c)根据光学频谱分 析仪分析出连续波背景高功率脉冲串中心频率所代表的泵浦波的波长，并通过调节光学可 调带阻滤波器来确定需要过滤的中心波长，将连续波背景高功率脉冲串的中心频率部分背 景波进行过滤，得到零背景可传输的高功率脉冲串。
[0007] 本发明利用外腔连续波激光器通过相位调制器和强度调制器产生经过调制的连 续波初始脉冲，利用掺铒光纤放大器放大后，输入到单模光纤中压缩形成具有连续波背景 的高功率脉冲串，然后利用光学可调带阻滤波器过滤掉背景波，得到零背景的高功率脉冲 串，此高功率脉冲串能够在光纤中长距离稳定传输。采用光学可调带阻滤波器过滤掉零背 景的高功率脉冲的原理如下：光脉冲在无增益（或损耗）的单模光纤中的传输是通过非线 性薛定谔方程来描述，如下：
【权利要求】
1. 一种产生可传输高功率脉冲串的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)产生一束连 续波背景高功率脉冲串；(b)将该连续波背景高功率脉冲串至少分成两束，第一束输入至 一个光学频谱分析仪（8)中，第二束输入至一个光学可调带阻滤波器（7);所述光学可调带 阻滤波器（7)是具有窄带带阻过滤功能的可调滤波器；（c)根据光学频谱分析仪（8)分析 出连续波背景高功率脉冲串中心频率所代表的泵浦波的波长，并通过调节光学可调带阻滤 波器（7)来确定需要过滤的中心波长，将连续波背景高功率脉冲串的中心频率部分背景波 进行过滤，得到零背景可传输的高功率脉冲串。
2. 如权利要求1所述的一种产生可传输高功率脉冲串的方法，其特征在于，将连续波 背景高功率脉冲串分成三束，其中第三束输入至一个光学采样示波器（9);将通过光学可 调带阻滤波器（7)的脉冲串分成三束，第一束作为输出光束，第二束输入至光学频谱分析 仪（8)，第三束输入至光学采样示波器（9);通过光学采样示波器（9)检测得到最大压缩处 具有背景的高功率脉冲串；通过光学频谱分析仪（8)和光学采样示波器（9)观察经光学可 调带阻滤波器（7)过滤后的脉冲串的背景波是否被过滤；如果没有被过滤则调节光学可调 带阻滤波器（7)的过滤波长和/或过滤频谱强度，直到脉冲串的背景波被完全过滤；将得 到的零背景可传输的高功率脉冲输入到单模输送光纤（11)中传输，同时从单模输送光纤 (11)中引出一束光输入至光学采样示波器（9)，利用光纤间隙截断的方式，对高功率脉冲 串稳定传输进行实时监测。
3. 如权利要求1或2所述的一种产生可传输高功率脉冲串的方法，其特征在于，所述 光学可调带阻滤波器（7)包括顺次位于光路上的准直透镜（7a)、滤光片（7b)和聚焦透镜 (7c);所述滤光片（7b)是一个可调的窄带带阻滤光片；通过调节滤光片（7b)与连续波背 景高功率脉冲串之间的入射角度，就可以选择需要过滤的背景波波长，将连续波背景高功 率脉冲串的中心频率部分背景波进行过滤，得到零背景可传输的高功率脉冲串。
4. 如权利要求1或2所述的一种产生可传输高功率脉冲串的方法，其特征在于，所述光 学可调带阻滤波器（7)采用长周期光纤光栅耦合式带阻滤波器；通过选择不同的光纤光栅 长度，啁啾系数以及光纤包层热光效应系数，可以调节选择需要过滤的背景波波长和损耗 光谱强度，实现将连续波背景高功率脉冲串的中心频率部分背景波的过滤，得到零背景可 传输的高功率脉冲串。
5. -种产生可传输高功率脉冲串的装置，用于实现如权利要求1所述的方法，包括连 续波激光器（1)、通过光纤顺次连接在连续波激光器（1)出射端的相位调制器（2)、强度调 制器（3)以及掺铒光纤放大器（4);掺铒光纤放大器（4)的出射端口连接有单模光纤（5); 其特征在于，单模光纤（5)的出射端口设有第一分束器（6)，第一分束器（6)的第一出射端 设有光学可调带阻滤波器（7);所述光学可调带阻滤波器（7)是具有窄带带阻过滤功能的 可调滤波器；第一分束器￠)的第二出射端通过光纤连接有光学频谱分析仪（8)。
6. 如权利要求5所述的一种产生可传输高功率脉冲串的装置，其特征在于，第一分束 器（6)的第三出射端口连接有一个光学采样示波器（9);光学可调带阻滤波器（7)的出射 端连接有第二分束器（10)，第二分束器（10)的第一出射端连接有单模输送光纤（11);第 二分束器（10)的第二出射端与光学频谱分析仪（8)的另一个输入端相连接；第二分束器 (10)的第三出射端与光学采样示波器（9)的第二输入端相连接；单模输送光纤（11)连接 有第三分束器（12)，第三分束器（12)的一个出射端与光学米样不波器（9)的第三输入端相 连接。
7. 如权利要求5或6所述的一种产生可传输高功率脉冲串的装置，其特征在于，所述 光学可调带阻滤波器（7)包括顺次位于光路上的准直透镜（7a)、滤光片（7b)和聚焦透镜 (7c);所述滤光片（7b)是一个可调的窄带带阻滤光片。
8. 如权利要求5或6所述的一种产生可传输高功率脉冲串的装置，其特征在于，所述光 学可调带阻滤波器（7)采用长周期光纤光栅耦合式带阻滤波器。
9. 如权利要求7所述的一种产生可传输高功率脉冲串的装置，其特征在于，所述单模 光纤（5)和单模输送光纤（11)反常色散β 2为-21. 4ps2/m，非线性γ为1. 2?^1 ?ΙαιΓ1，损耗 为0. 19dB/km，长度为8. 3公里。
10. 如权利要求8所述的一种产生可传输高功率脉冲串的装置，其特征在于，所述单模 光纤（5)和单模输送光纤（11)反常色散β 2为-21. 4ps2/m，非线性γ为1. 2?^1 4111-1损耗 为0. 19dB/km，长度为8. 3公里。
【文档编号】G02F1/365GK104111570SQ201410359056
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】杨光晔, 王艳, 董磊, 马维光, 张雷, 张秀花, 李禄 申请人:山西医科大学