專利名稱：脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種可實現(xiàn)高重復頻率的脈沖光纖激光器技術，尤其是一種可適用于 OTDM系統(tǒng)的脈沖幅度均勻化的鎖模光纖激光器技術。
背景技術：
有理諧波鎖模光纖激光器是一種利用有理諧波鎖模技術，在較低的調(diào)制頻率下獲 得較高重復頻率的光纖激光器，它具有輸出脈沖重復頻率高，脈寬窄等優(yōu)點，可廣泛 應用于光纖通信、超快現(xiàn)象、光線傳感器等方面。
有理諧波鎖模光纖激光器作為脈沖光光源可輸出很高重復頻率并且脈寬很窄的鎖 模脈沖信號，但是受限于有理諧波鎖模機制自身特性，輸出脈沖的幅度往往具有較大 的波動性，這大大影響了激光器在高速OTDM系統(tǒng)中的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對重復頻率大于5GHz的有理諧波鎖模光纖激光器，為其提供了 一種脈沖幅度可均勻化的機制。尤其是提出重復頻率大于5GHz，脈沖幅度可均勻化的 有理諧波鎖模光纖激光器的實現(xiàn)方法。
本發(fā)明的技術解決方案是脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器，其特征 在于由EDFA放大模塊1，偏振控制器2，鈮酸鋰電光調(diào)制器3，直流穩(wěn)壓源4，函數(shù) 信號發(fā)生器5，環(huán)行器6， Sagnac非線性反射環(huán)鏡7， 95-80:5-20耦合器8和光示波器9 構成，其中Sagnac非線性反射環(huán)鏡由50:50耦合器2-1，單模光纖2-2， 980nm/1550nm 波分復用器2-3， 2-5，摻鉺光纖2-4以及980nm泵浦激光器2-6組成；EDFA放大模塊 為激光器諧振腔的激光增益放大器件，EDFA放大模塊1輸出分別連接偏振控制器2和 鈮酸鋰電光調(diào)制器3，由直流穩(wěn)壓源4和函數(shù)信號發(fā)生器5的輸出連接鈮酸鋰電光調(diào)制 器3， EDFA放大模塊1輸出的光信號經(jīng)過偏振控制器2的偏振態(tài)調(diào)節(jié)后輸入到鈮酸鋰 電光調(diào)制器3中；直流穩(wěn)壓源4輸出的直流電壓信號為電光調(diào)制器3提供直流偏置， 以確定它的工作點；函數(shù)信號發(fā)生器5輸出頻率、幅度可調(diào)的調(diào)制電信號連接電光調(diào) 制器3，用以調(diào)制光路中的光信號；被調(diào)制后的光信號連接環(huán)形器6的第一、二兩個端 口輸入到Sagnac非線性反射環(huán)鏡7中；被Sagnac非線性反射環(huán)鏡7反射的光信號沿環(huán) 形器6的第二端口返回并通過第三端口入射到95-80:5-20耦合器8中；95-80:5-20耦合 器8將光信號分成兩部分，5-20%的光信號被光示波器9采集用以監(jiān)測，另外95-80% 的光信號被反饋回EDFA放大模塊1的輸入端，被再次放大，并得以在激光器諧振腔 中實現(xiàn)振蕩輸出。本發(fā)明得到的是適合OTDM通訊系統(tǒng)的高質(zhì)量脈沖光源。
脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器調(diào)節(jié)脈沖幅度的均勻性的方法，通過 調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓源4的輸出電壓幅度，使得鈮酸鋰電光調(diào)制器3的工作點得到適當?shù)恼{(diào) 節(jié)，從而可以改變調(diào)制器的調(diào)制效果，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖幅度的目的；或者調(diào)節(jié)Sagnac
非線性反射環(huán)鏡7中980nm激光器2-6輸出的泵浦光功率。泵浦光功率直接決定Sagnac 非線性反射環(huán)鏡7中的光放大增益因子，從而決定了其非線性開關功率的大小，并直 接影響到各輸入功率下的反射系數(shù)，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖幅度的目的。
對于有理諧波鎖模而言，其調(diào)制信號頻率與激光器基模頻率應當滿足以下關系
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中厶。d是調(diào)制頻率，/，是激光器基模頻率，n， w， p均為整數(shù)，在此調(diào)制頻
率下，激光器輸出脈沖的重復頻率滿足下式
<formula>formula see original document page 4</formula> 其中/^是鎖模脈沖的重復頻率。
50:50耦合器，單模光纖，2個980nm/1550nm波分復用器，980nm激光器和一段 摻鉺光纖一起組成Sagnac非線性環(huán)行腔鏡，它具有非線性開關效應。光信號經(jīng)由環(huán)行 器的第二端口進入50:50耦合器中，并被分成幅度相同的兩束光， 一束逆時針運行，先 經(jīng)過單模光纖，后在摻鉺光纖中被放大；另一束順時針運行，先被放大后經(jīng)過單模光 纖，兩束光在腔中運行時其功率幅度在各處均不一樣，則由自相位調(diào)制獲得的非線性 相移也不一樣，它們繞行一周后在耦合器中相干干涉輸出，其反射率或透射率取決于 兩束光的相位差，滿足下式<formula>formula see original document page 4</formula>
其中戶是耦合器的耦合比，G是增益因子，y是單模光纖的非線性系數(shù)，尸。是入
射功率，丄是單模光纖的長度。通過在光纖激光器諧振腔中添加了 Sagnac非線性反射 環(huán)鏡7，通過其依賴于輸入功率大小的非線性開關特性，實現(xiàn)對脈沖幅度的整幅機制。 調(diào)節(jié)脈沖幅度的均勻性的方法包括兩種
第一，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓源4的輸出電壓幅度，使得鈮酸鋰電光調(diào)制器3的工作點
得到適當?shù)恼{(diào)節(jié)，從而可以改變調(diào)制器的調(diào)制效果，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖
幅度的目的。
第二，調(diào)節(jié)Sagnac非線性反射環(huán)鏡7中980nm激光器2-6輸出的泵浦光功率。 泵浦光功率直接決定Sagnac非線性反射環(huán)鏡7中的光放大增益因子， 從而決定了其非線性開關功率的大小，并直接影響到各輸入功率下的反 射系數(shù)，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖幅度的目的。
本發(fā)明有益效果本發(fā)明是在光纖激光器諧振腔中添加非線性光纖放大環(huán)鏡，利 用其依賴于光信號強度的非線性開關效應，使得高幅度的光脈沖具有低的反射率，而
低幅度的光脈沖具有高的反射率。光脈沖在諧振腔中不斷振蕩，并通過非線性光纖放大環(huán)鏡的開關作用，最終達到幅度整幅的目的，使得輸出的有理諧波鎖模脈沖其幅度 具有著較好的均勻性。本發(fā)明給出了在lGHz調(diào)制頻率下，重復頻率大于5GHz，同時 脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器的實現(xiàn)方案。在保證輸出脈沖信號的重復 頻率和幅度前提下，通過添加Sagnac非線性放大環(huán)鏡，并合理地設置直流偏壓與980nm 泵源的輸出功率，實現(xiàn)了對輸出脈沖幅度的整幅機制。


圖1是本發(fā)明的光路原理圖
圖2是Sagnac非線性反射環(huán)鏡的光路原理圖 具體實施方案
本發(fā)明由摻鉺光纖放大器EDFA放大模塊1，偏振控制器2，鈮酸鋰電光調(diào)制器3， 直流穩(wěn)壓源4，函數(shù)信號發(fā)生器5，環(huán)行器6， Sagnac非線性反射環(huán)鏡7， 95-80:5-20耦 合器8和光示波器9組成，除標定的摻鉺光纖外，光路采用單模光纖連接。
EDFA放大模塊1為激光器諧振腔提供必要的增益，其輸出信號被偏振控制器2調(diào) 節(jié)好偏振態(tài)后輸入到鈮酸鋰電光調(diào)制器3中。直流穩(wěn)壓源4為電光調(diào)制器2提供直流 偏壓，并決定其直流工作點，函數(shù)信號發(fā)生器5輸出頻率與幅度均可調(diào)諧的調(diào)制信號 施加在電光調(diào)制器3上，對光路中的光信號進行周期性的腔損耗調(diào)制。被調(diào)制的光信 號通過環(huán)行器6的一、二兩個端口輸入到Sagnac非線性反射環(huán)鏡7中，通過它的非線 性開關效應對脈沖幅度進行調(diào)節(jié)，其反射信號通過環(huán)行器6的二、三兩個端口輸入到 95-80:5-20的耦合器8中。在耦合器8中，光信號被分為兩部分，5-20%的光信號被光 示波器9采集用以監(jiān)測，另外95-80%的光信號則被反饋回EDFA放大模塊1的輸入端， 再次被放大，并在激光器諧振腔中實現(xiàn)振蕩。
由環(huán)行器6的一、二端口輸出的光信號被輸入到50:50耦合器2-1中，并被分為相 等的兩部分，一路光沿逆時針方向傳輸，先經(jīng)過一段單模光纖2-2，再通過980nm/1550nm 波分復用器2-3進入到一段摻鉺光纖2-4中，并被980nm激光器2-6輸出的泵浦光放大， 最后通過另一個波分復用器2-5返回耦合器2-l中；另一路光沿順時針方向傳輸，先經(jīng) 由波分復用器2-5進入到摻鉺光纖2-4中，并被980nm的泵浦光放大，再經(jīng)過波分復用 器2-3以及單模光纖2-2，最后返回到耦合器2-l中。兩路光在耦合器2-l中相干干涉 后，反射光經(jīng)由原路返回到環(huán)行器6的二端口。當激光器開始運作時，通過設定合適 的980nm泵浦光功率，并合理的調(diào)節(jié)直流偏壓的大小，可以顯著的改變輸出脈沖光幅 度的均勻性。因波長980nm的泵浦光源激光效率最高，也可以使用波長1480nm的泵 浦光源。
在本發(fā)明中，EDFA放大模塊1采用輸出功率自動控制模式(APC模式)，其輸出 功率在14dBm與23dBm之間連續(xù)可調(diào)；耦合器8的耦合比可適當選取，如80:20 95:5， 甚至超過99:1均可，只要能夠使得激光器有合適的輸出功率即可；函數(shù)信號發(fā)生器5 輸出的調(diào)制電信號頻率在1G左右；直流穩(wěn)壓源4輸出的直流電壓信號視鈮酸鋰電光調(diào) 制器3的額定電壓工作范圍而定，可在0V-7V之間連續(xù)可調(diào)。
權利要求
1.脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器，其特征在于由EDFA放大模塊(1)，偏振控制器(2)，鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)，直流穩(wěn)壓源(4)，函數(shù)信號發(fā)生器(5)，環(huán)行器(6)，Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)，95-80∶5-20耦合器(8)和光示波器(9)構成，其中Sagnac非線性反射環(huán)鏡由50∶50耦合器(2-1)，單模光纖(2-2)，980nm/1550nm波分復用器(2-3，2-5)，摻鉺光纖(2-4)以及980nm泵浦激光器(2-6)組成；EDFA放大模塊(1)輸出分別連接偏振控制器(2)和鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)，EDFA放大模塊(1)輸出的光信號經(jīng)過偏振控制器(2)的偏振態(tài)調(diào)節(jié)后輸入到鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)中；直流穩(wěn)壓源(4)輸出直流電壓信號至電光調(diào)制器(3)上，為其提供直流偏置；函數(shù)信號發(fā)生器(5)輸出頻率、幅度可調(diào)的調(diào)制電信號連接電光調(diào)制器(3)，用以調(diào)制光路中的光信號；被調(diào)制后的光信號連接環(huán)行器(6)的第一、二兩個端口輸入到Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)中；被Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)反射的光信號沿環(huán)行器(6)的第二端口返回并通過第三端口入射到95-80∶5-20耦合器(8)中；95-80∶5-20耦合器(8)將光信號分成兩部分，5-20％的光信號被光示波器(9)采集用以監(jiān)測，另外95-80％的光信號被反饋回EDFA放大模塊(1)的輸入端，被再次放大，并得以在激光器諧振腔中實現(xiàn)振蕩輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的有理諧波鎖模光纖激光器，其特征在于在光纖激光器諧 振腔中添加了 Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)，通過其依賴于輸入功率大小的非線性開關 特性，實現(xiàn)對脈沖幅度的整幅機制。
3. 有理諧波鎖模光纖激光器調(diào)節(jié)脈沖幅度的均勻性的方法，其特征在于脈沖幅度 均勻性的調(diào)節(jié)手段有兩種第一，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓源(4)的輸出電壓幅度，使得鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)的工 作點得到適當?shù)恼{(diào)節(jié)，從而改變調(diào)制器的調(diào)制效果，并得以控制Sagnac非線性反射環(huán) 鏡(7)的輸入脈沖功率的大小，利用Sagnac非線性反射環(huán)鏡7對輸入脈沖功率的非線 性開關效應，達到調(diào)節(jié)輸出脈沖幅度均勻性的目的；第二，調(diào)節(jié)Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)中980nm激光器(2-6)輸出的泵浦光功 率大小，由于泵浦光功率直接決定Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)中的光放大增益因子， 從而決定了其非線性開關功率的大小，并直接影響到各輸入功率下的反射系數(shù)，而達 到調(diào)節(jié)輸出脈沖幅度均勻性的目的。
全文摘要
脈沖幅度均勻化的有理諧波鎖模光纖激光器，由EDFA放大模塊(1)，偏振控制器(2)，鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)，直流穩(wěn)壓源(4)，函數(shù)信號發(fā)生器(5)，環(huán)行器(6)，Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)，95-80∶5-20耦合器(8)構成，其中Sagnac非線性反射環(huán)鏡由50∶50耦合器，單模光纖(2-2)，波分復用器，摻鉺光纖以及980nm泵浦激光器組成。EDFA放大模塊(1)輸出分別連接偏振控制器(2)和鈮酸鋰電光調(diào)制器(3)，被調(diào)制后的光信號連接環(huán)行器(6)的第一、二兩個端口輸入到Sagnac非線性反射環(huán)鏡(7)中；反射環(huán)鏡反射的光信號沿環(huán)行器(6)的第二端口返回并通過第三端口入射到耦合器(8)中。
文檔編號H01S3/00GK101340050SQ20081002252
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權日2008年8月14日
發(fā)明者力 俞, 宋躍江, 張旭蘋 申請人:南京大學