一种sbs宽带可调谐光纤延迟系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种受激布里渊散射的宽带可调谐光纤延迟系统，包括：主激光器；第一光耦合器，将激光分成第一束激光和第二束激光；第一可调光衰减器，调节第一束激光的激光功率；第一光环形器，将第一束激光注入从激光器；从激光器，在第一束激光的激发下产生非线性光谱光；光放大器，放大泵浦光的功率；第二可调光衰减器，调节泵浦光的功率；第二光环形器，将泵浦光注入色散位移光纤；马赫-曾德尔调制器，对第二束激光进行微波信号调制；光纤布拉格光栅，对信号光载波进行相位调制；色散位移光纤，所述信号光在所述色散位移光纤的传播过程中，在泵浦光的受激布里渊散射作用下被延迟。
【专利说明】一种SBS宽带可调谐光纤延迟系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信和微波光子学信号处理领域，尤其涉及一种基于光注入半导 体激光器技术的SBS宽带可调谐光纤延迟系统。
【背景技术】
[0002] 随着密集波分复用技术、掺铒光纤放大器和光时分复用技术的发展与成熟，光 纤通信技术正向着超大容量、超长距离通信系统发展，并逐渐向全光网络演进。基于"存 储-转发"概念的光分组交换是全光网中适合突发数据业务的长远发展方向。作为全光路 由中不可或缺的关键器件，光纤延迟线（Fiberdelayline:FDL)相比较其他数据缓存方式 具有损耗低、带宽大、抗干扰、保密性好、动态范围大、重量轻等优点。在光信号处理领域，可 调FDL可用于光学均衡器、光逻辑门、光时分复用（0TDM)/解复用等。此外，在微波光子技 术中，可调FDL可用于脉冲编解码器、各种滤波器、相关器以及数/模转换器中。总之，宽带 高频可调谐FDL不仅是未来全光网实现的关键器件，也是微波光学信号处理的重要手段， 具有重要的应用价值。
[0003] 作为新型信号处理器件的光纤延迟线最初主要基于"光开关+光纤段（或光纤 环）"的各种拓扑结构，但延迟量只能离散调节，无法满足需要对延迟量进行连续调节的一 些应用，例如脉冲序列的精确同步、高速0TDM等。通过增加材料的正常色散可以减小光信 号群速度，从而实现光纤延迟的可控慢光技术近年来引起了广泛研究。早期的慢光实现技 术包括电磁感应透明、相干布居数振荡等，但此类技术通常需要极端的实验条件或较长的 响应时间。而光纤中的受激光放大（参量放大、受激布里渊放大、受激拉曼放大）具有室温 下工作、波长选择灵活性大、结构简单等优点，非常适于制作连续可调的FDL。其中通过光纤 中的布里渊散射（SBS)实现慢光控制，由于泵浦光功率低、与现有光纤系统兼容等优点，受 到了广泛研究。
[0004] 然而，单模石英光纤中的本征布里渊增益带宽仅约35MHz，因而准单色光泵浦下， 斯托克斯光脉冲获得延迟的同时存在严重失真，无法满足宽带系统的应用要求。通过调制 泵浦信号可增加增益带宽，不同速率和码型的信号调制可塑造不同形状的SBS增益谱，然 而SBS增益谱不平坦仍会导致脉冲频谱改变，从而引起脉冲畸变，降低FDL系统性能。所以， 宽且平坦的SBS增益谱产生是实现高频宽带微波信号的无畸变时延的重要条件。
[0005] 研究发现，采用多谱线结构泵浦光可实现宽且平坦的SBS增益谱，但多谱线泵浦 的产生通常是基于多级幅度或相位调制，系统较为复杂，且产生的谱线个数有限，严重影响 宽带信号的时延特性。本发明专利基于光注入半导体激光器产生的周期振荡作为多谱线泵 浦光；并利用周期振荡光谱的频谱位置、频率间隔与功率分配可调特性，实现宽带高频微波 信号的可调谐延迟。
【发明内容】
[0006] 本发明针对上述情况，提供了一种基于光注入半导体激光器技术的SBS宽带可调 谐光纤延迟系统，通过光注入激发非线性宽带光谱作为泵浦光，调节注入光强与主、从激光 器的频率间隔，得到宽且平坦的SBS增益谱，解决了宽带高频微波信号延迟畸变与可调谐 延迟的问题。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种受激布里渊散射的宽带可调 谐光纤延迟系统，其特征在于，
[0008] 包括：
[0009] 主激光器，用于产生激光；
[0010] 第一光耦合器，用于将所述激光分成第一束激光和第二束激光；
[0011] 第一可调光衰减器，用于调节所述第一束激光的激光功率；
[0012] 第一光环形器，用于将第一束激光注入至从激光器，其还将从激光器产生的泵浦 光输出至光放大器；
[0013] 从激光器，其在第一束激光的激发下产生非线性光谱，作为受激布里渊散射的泵 浦光；
[0014] 光放大器，用于放大所述泵浦光的功率；
[0015] 第二可调光衰减器，用于调节功率放大后的所述泵浦光的功率；
[0016] 第二光环形器，用于将被第二可调衰减器调节功率后的所述泵浦光注入色散位移 光纤；
[0017] 马赫-曾德尔调制器，其用于对第二束激光进行微波信号调制，产生信号光；
[0018] 光纤布拉格光栅，用于对信号光载波进行相位调制，并输出至色散位移光纤；
[0019] 色散位移光纤，所述信号光在所述色散位移光纤的传播过程中，在所述功率放大 后的泵浦光的受激布里渊散射作用下被延迟，延迟后的信号光经由第二光环形器输出。
[0020] 利用本发明提供的基于光注入半导体激光器技术的SBS宽带可调谐光纤延迟系 统，采用光注入半导体激光器的方式，产生多谱线结构或混沌泵浦光，展宽了SBS增益带 宽，调节光注入系统各种参数，可获得宽且平坦的SBS增益谱，从而减小了高频微波信号延 迟的畸变。
[0021] 利用本发明提供的基于光注入半导体激光器技术的SBS宽带可调谐光纤延迟线， 利用光注入半导体激光器非线性动态特性的可调谐性，通过调节光注入系统参数实现泵浦 光波长、功率的调谐，从而实现光纤延迟线系统信号光波长灵活选择、延迟量的连续可调 谐。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明提供的基于光注入半导体激光器技术的SBS宽带可调谐光纤延迟系 统的结构示意图；
[0023] 图2是受激布里渊散射（SBS)慢光效应的增益与延时谱图；
[0024] 图3是光载RF信号的分离载波延迟（SCT)原理图；
[0025] 1主激光器
[0026] 2光稱合器
[0027] 3可调光衰减器
[0028] 4光环形器
[0029] 5从激光器
[0030] 6光隔离器
[0031] 7光放大器
[0032] 8光耦合器
[0033] 9光谱分析仪
[0034] 10可调光衰减器
[0035] 11马赫-曾德尔调制器
[0036] 12光纤布拉格光栅
[0037] 13色散位移光纤
[0038] 14光环形器
[0039] 15光电探测器
[0040] 16矢量网络分析仪
【具体实施方式】
[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0042] 图1是本发明提供的基于光注入半导体激光器技术的SBS宽带可调谐光纤延迟系 统的结构示意图。如图1所示，该SBS宽带可调谐光纤延迟线包括：主激光器1、第一、第二 光耦合器2和8、第一、第二可调光衰减器3和10、第一、第二光环形器4和14、从激光器5、 光隔离器6、光放大器7、光谱分析仪9、马赫-曾德尔调制器11、光纤布拉格光栅12、色散位 移光纤13、光电探测器15、矢量网络分析仪16。
[0043] 其中，主激光器1的输出端口连接第一光f禹合器2端口a，其发出的激光进入光奉禹 合器2,光稱合器2用于激光分束，将主激光器1发出的激光分成第一部分光和第二部分光； 主激光器1的第一部分光作为注入激光通过第一光稱合器2端口b，最终注入从激光器5 ; 主激光器1的第二部分光作为RF信号光载波（0C)通过第一光耦合器2端口c，最终进入马 赫-曾德尔调制器11被RF信号所调制；光耦合器2端口b连接第一可调光衰减器3输入 端，第一可调光衰减器3用于调节注入从激光器5的第一部分激光的功率，其输出端连接第 一光环形器4端口a，其输出的注入激光进入第一光环形器4,且从第一光环形器4的端口 b输出；第一光环形器4的端口b连接从激光器5,使得所述注入光注入从激光器5,激发从 激光器5的非线性动态特性（即单周期振荡、倍周期振荡的等间距多谱线光谱或者混沌光 谱），从激光器5的非线性动态特性与注入激光功率、主激光器1和从激光器5的激光频率 差有关，可以通过调节第一可调光衰减器3,改变注入从激光器的光功率，同时调节主激光 器1和从激光器5的波长，可实现从激光器5输出光谱的频谱位置、频率间隔与功率分配的 调节，从激光器5输出的非线性光谱将作为受激布里渊散射的泵浦光，其中主激光器1和从 激光器5均为单模分布式反馈激光器。
[0044] 图2是受激布里渊散射（SBS)慢光效应的增益与延时谱图。如图2所示，受激布 里渊散射在斯托克斯光频率位置（相对于泵浦光频率减小一个布里渊频移量QB)产生增 益与强烈的正常色散，导致群折射率变大，斯托克斯光群速度变小，从而产生慢光延迟的效 应，然而单模石英光纤中本征布里渊增益带宽仅约35MHz，因而准单色光泵浦下，斯托克斯 信号光获得延迟的同时存在严重失真，无法满足宽带系统的应用要求。
[0045]在非单色光泵浦的情况下，有效布里渊增益谱=泵浦光光谱*本征布里渊增益 谱，其中*表示卷积，如下式所示：
【权利要求】
1. 一种受激布里渊散射的宽带可调谐光纤延迟系统，其特征在于，包括： 主激光器，用于产生激光； 第一光稱合器，用于将所述激光分成第一束激光和第二束激光； 第一可调光衰减器，用于调节所述第一束激光的激光功率； 第一光环形器，用于将第一束激光注入至从激光器，其还将从激光器产生的泵浦光输 出至光放大器； 从激光器，其在第一束激光的激发下产生非线性光谱，作为受激布里渊散射的泵浦 光； 光放大器，用于放大所述泵浦光的功率； 第二可调光衰减器，用于调节功率放大后的所述泵浦光的功率； 第二光环形器，用于将被第二可调衰减器调节功率后的所述泵浦光注入色散位移光 纤； 马赫-曾德尔调制器，其用于对第二束激光进行微波信号调制，产生信号光； 光纤布拉格光栅，用于对信号光载波进行相位调制，并输出至色散位移光纤； 色散位移光纤，所述信号光在所述色散位移光纤的传播过程中，在所述功率放大后的 泵浦光的受激布里渊散射作用下被延迟，延迟后的信号光经由第二光环形器输出。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述非线性光谱为单周期振荡或倍周期振荡的等 间距多谱线光谱，或者是混沌光谱。
3. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一可调衰减器通过调节第一束激光的激光 功率，同时调节主激光器、从激光器的频率间隔，以调节从激光器输出的非线性光谱的频谱 位置、频率间隔与功率分配。
4. 如权利要求1所述的系统，其中，所述主激光器和从激光器均为单模分布式反馈激 光器。
5. 如权利要求1所述的系统，其还包括： 光隔离器，其与第一光环形器的输出端连接，用于防止从激光器输出的光反向进入主 激光器。
6. 如权利要求1所述的系统，其还包括： 第二光耦合器，用于将功率放大后的泵浦光分束成第一束泵浦光和第二束泵浦光；所 述第一束泵浦光输出至光谱分析仪，所述第二束泵浦光输出至第二可调光衰减器； 光谱分析仪，用于分析从激光器产生的第二束泵浦光的光谱。
7. 如权利要求1所述的系统，其中，所述泵浦光在色散位移光纤中与微波信号调制后 的光载波相向传输。
8. 如权利要求1所述的系统，其中，通过调节微波信号的频率，使得在马赫-曾德尔调 制器中，所述泵浦光中边带信号相对中心波长频移一个布里渊频移量。
9. 如权利要求1所述的系统，其中，所述光纤布拉格光栅用于对所述信号光中的光载 波进行单独延时，以将受激布里渊散射时延作用于微波信号的延迟上。
10. 如权利要求1所述系统，其还包括： 光电探测器，用于将延迟后的光载微波信号转变为微波电信号； 矢量网络分析仪，用于微波电信号延迟特性分析。
【文档编号】G02F1/365GK104330939SQ201410675930
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】李冠鹏, 漆晓琼, 谢亮 申请人:中国科学院半导体研究所