[发明专利]基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信和信号处理技术领域，具体地说，涉及一种光纤布里渊多级慢光延迟结构。

背景技术

慢光是当前光纤通信领域研究的热点。虽然产生慢光的方法有多种，但是光纤中基于受激布里渊散射(SBS)的可控慢光技术具有与现有的光纤通信网络兼容，工作在通信波段，且其波长可调，构建成本低等优点，具有很大的应用前景，成为慢光研究领域的热点。由SBS产生的慢光时延与增益成正比，但是SBS存在增益饱和的限制，当抽运光功率超过布里渊饱和阈值，自发布里渊放大(SBA)会在没有信号输入时就产生大量抽运光损耗，同时，当信号功率增加到一定程度时，其增益也会达到饱和，这两种情况下可获得的信号最大增益有一定的上限，从而限制了单级延时结构可获得的最大时延。

为了获得更大的延时，通常采用双抽运光和多级延时结构。双抽运光结构是利用一个抽运光产生的增益峰与另一抽运光产生的损耗峰叠加以增大增益斜率的原理来增加单级时延，需要同时对两个抽运进行调制；传统的多级慢光延时结构应用多级延时线提高延时，每段延时介质采用独立抽运光，抽运光功率只用于本级延时，利用率只有50％左右，效率较低。无论是双抽运光结构还是传统的多级延时结构，其延时时间仍然有限，并且系统结构相对复杂。

在实际通信系统中，要求具有一定的信噪比。然而由于噪声、光纤损耗及接收机灵敏度等因素的影响，信号功率不能太低。通常在信号损耗达到20dB或功率低于-30dBm的情况下，就需要对信号进行放大。要在保证一定信号功率的前提下，最大限度的提高系统的延时量，首先要提高单级延时结构的增益和延时量，并在此基础上与多级结构结合才能进一步提高系统的总延时量。

目前，通常力求在低抽运功率下得到大的延时，一般要使用10公里以上的通信光纤作为延时介质，而长光纤的低布里渊阈值限制了SBS过程中的抽运光功率的上限。

当布里渊放大或者慢光介质长度缩短时，其布里渊阈值将提高。从而降低了阈值对布里渊抽运光功率的限制，从而提高布里渊放大器的非饱和增益，进而提高单级最大延迟量。同时由于信号功率比较高，该系统单元具有较高的信噪比。

当系统工作在非饱和状态下，抽运光的损耗很小，抽运光功率在经过一级受激布里渊散射过程后仍有相当大的剩余功率足以为下一级延时提供抽运。本文基于高功率、短延时光纤介质的单级布里渊慢光结构，在重复利用抽运光的基础上，提出了一种提高抽运光利用率的多级延时结构，抽运光在经过一级延时后剩余的抽运光功率再进入下一级延时介质，作为其抽运功率再次与信号光发生受激布里渊散射，使信号光得到二次延时。如果初始抽运光功率足够大，且不超过布里渊放大饱和阈值，经过二级延时后剩余的抽运光功率还可以进行三级及以上延时。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、低噪声、高延时量、高抽运光利用率的新型多级光纤布里渊慢光延时结构：

本发明的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，包括：半导体激光器1、掺铒光纤放大器一2和掺铒光纤放大器二13、光纤分束器3、偏振控制器4、电光强度调制器一5和电光强度调制器二12、直流电源一6和直流电源二11、微波信号发生器7、光纤环行器一8、光纤环行器二16、光纤环行器三19和光纤环行器四20、光纤光栅9、脉冲发生器10、短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18及可调衰减器一14和可调衰减器二17；掺铒光纤放大器一2的输出接光纤分束器3的端口(a)；光纤分束器3的端口(b)和(c)分别接偏振控制器4的输入端和掺铒光纤放大器二13的输入端；电光强度调制器一5的输出端接光纤环行器一8的端口(a)；光纤光栅9的一端接光纤环行器一8的端口(b)；光纤环行器一8的端口(c)接光电强度调制器二12输入端；光电强度调制器二12的输出接光纤环行器四20的端口(a)；可调衰减器一14的输出接光纤环行器二16的端口(a)；光纤环行器二16的端口(b)接短普通单模光纤一15的一端；短普通单模光纤一15的另一端接光纤环行器四20的端口(b)；光纤环行器二16的端口(c)接可调衰减器二17的输入端；短普通单模光纤二18的一端接光纤环型器三19的端口(b)；光纤环行器三19的端口(c)为输出端口。

所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，短普通单模光纤一15和短普通单模光纤二18作为布里渊慢光介质，其长度介于400米到1000米之间。

所述的基于短单模光纤的高增益布里渊效应的多级慢光延迟结构，掺铒光纤放大器13的饱和输出功率介于100mw至200mw之间；通过光纤环行器二16的端口(b)进入短普通单模光纤一15的抽运光功率超过布里渊阈值功率。