[发明专利]基于非线性光纤的高频超短光脉冲的产生装置及工作方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及光学脉冲仪器，特别是一种基于高非线性光纤产生重复频率 可控的高频、超短光脉冲的装置及其工作方法。

(二)背景技术：

近年来，光纤通信迅猛发展，人们对网络容量的需求也越来越高。要进 一步提高光纤通信网络的容量，除了利用波分复用(WDM)或时分复用(TDM) 等复用手段之外，提高单一信道的传输速率也是提高网络容量的有效方法。 研究发展高重复频率(＞40GHz)的优质超短光脉冲成为提高光通信系统传输 速率的一个重要的研究方向。

到目前为止，实现高重复频率超短光脉冲的主要方法有：利用主动或被 动锁模激光器产生超短光脉冲序列，利用调制不稳定性对拍频相干光源整形 压缩实现高重复频率光脉冲序列等。要得到重复频率大于40GHz的光脉冲， 就需要尽量避免使用速率受限制的器件，如电光调制器等。非线性效应由于 其响应速度非常快，且不受电光调制器的限制，成为产生高重复频率光脉冲 的一种非常有效的方法。因此利用调制不稳定性产生的超短光脉冲的方法具 有其它方法所不能比拟的优越性，如很容易得到超过40GHz的重复频率。

调制不稳定性的一个明显特征是，在时域上，准连续波被转变为周期性 的脉冲序列。时域上的微小扰动最终可以转化为高重复频率的光脉冲。在国 际上，调制不稳定性很早就被应用于超短光脉冲的产生。其中，利用双频拍 频光波形成初始的时域上的扰动成为研究热点。双频拍频光波产生的高重复 频率光脉冲序列的重复频率与拍频光波的频率间隔相同，通过耦合两个连续 光波很容易得到大的拍频间隔。例如，要得到1THz的高重复频率的光脉冲， 对应的拍频间隔为1THz，它可以通过耦合波长间隔为8nm的两个激光器得 到，这在光学领域很容易实现。调制不稳定性是非线性介质中的非线性效应 与色散综合作用的结果，利用不同的非线性介质(不同的非线性系数和色散) 可以得到不同的高重复频率的光脉冲。例如，将双频拍频光波通过一个非线 性光纤环镜(NFLM)可以产生32GHz光脉冲序列，将其通过一段具有梳状色 散分布的光纤可以产生59.1GHz光孤子脉冲序列，将其通过一段色散递减光 纤(DDF)可以产生114GHz光孤子脉冲序列，将其通过一段色散特殊设计的 光纤，可以产生160GHz的光脉冲序列。但是要得到色散特殊分布的光纤并 不容易，使用常规光纤(即具有恒定色散的非线性光纤)也可以得到高重复 频率的光脉冲。如利用标准单模光纤可以得到20GHz、80GHz的高重复频率 的光脉冲序列；利用色散平坦高非线性光纤可以得到320GHz、640GHz，甚至 1THz的高重复频率的光脉冲序列。

但是，为了压制光纤中的受激布里渊散射，通常需要一个电光调制器来 展宽双频拍频光波的线宽，从而提高受激布里渊散射的阈值。因为受激布里 渊散射(SBS)的阈值与入射信号的线宽有关。相位调制器的引入增加了结 构的复杂度，提高了成本。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于非线性光纤的高频超短光脉冲的产生 装置及工作方法，它主要利用了非线性光纤的高非线性效应及色散效应，通 过高非线性光纤将双频拍频信号转换成高重复频率超短光脉冲序列，是一种 装置简单，信号转化实现便捷的光学脉冲设备。

本发明的技术方案：一种基于非线性光纤的高频超短光脉冲的产生装 置，其特征在于它是由基于调制不稳定性的超高重复频率光脉冲的装置所构 成，包括：双频拍频光源、高功率光纤放大器与非线性光纤，双频拍频光源 的输出端与高功率光纤放大器相连，高功率光纤放大器的输出端连接非线性 光纤，非线性光纤的输出端输出高频超短光脉冲序列。

上述所说的双频拍频光源有两种结构方式，一方式为由一激光器连接偏 振控制器，之后再与另一激光器并联于耦合器，耦合器的输出端连接高功率 光纤放大器；另一方式为由双波长激光器直接连接高功率光纤放大器。

上述所说的并联二激光器的耦合器采用3dB耦合器，即50∶50的耦合 器。

上述所说的高功率光纤放大器可以选择掺铒光纤放大器或铒镱共掺光 纤放大器。

上述所说的非线性光纤采用色散位移光纤、忽略损耗的高非线性光纤、 忽略损耗的非线性光子晶体光纤、考虑损耗(损耗系数α＝0.2dB/km)的光子 晶体光纤，包括铋酸盐玻璃光纤(bismuth fiber)、硫化物光纤或其他高非 线性光纤。

一种上述基于非线性光纤的高频超短光脉冲的产生装置的工作方法，其 特征在于由以下步骤构成：