[发明专利]基于外部时钟同步的高速调制锁模掺钬光纤激光器

说明书

基于外部时钟同步的高速调制锁模掺钬光纤激光器，属于光信息技术领域，为了解决现有技术的激光器结构难以应用到空间光通信的问题，该激光器包括掺铥光纤激光器、掺铥光纤放大器与第一波分复用器的反射端依次连接，第一波分复用器公共端与掺钬光纤、第一电光调制器与第一耦合器的一分路连接连接，第一耦合器的另一个分路作为激光输出端，第一耦合器的公共端、第一光滤波器与第一波分复用器透射端连接，构成全光纤谐振腔结构；射频信号源具有两个输出端，其中一输出端与微波放大器连接，微波放大器与第一电光调制器连接，射频信号源另一输出端、第二电光调制器、第二耦合器、眼图仪与第二电光调制器连接，作为调制信号反馈，从而实现外部时钟同步。

技术领域

本发明涉及一种基于外部时钟同步的高速调制锁模掺钬光纤激光器，属于光信息技术领域。

背景技术

锁模光纤激光器用来产生时域脉宽小于皮秒量级的超短脉冲激光，可将脉冲能量和峰值功率提升几个数量级，因此锁模光纤激光器在材料加工、激光医疗、光通信、遥感、中红外光源产生等领域具有重要的应用。

相较于其它类型锁模激光器，锁模光纤激光器的一个明显优势是可以产生稳定的高重复频率超短脉冲激光，而重复频率在千兆赫兹以上的锁模光纤激光器是高速数字传输系统的理想光源。此外，由于锁模脉冲具有较高的峰值功率，可以更好地抵抗激光在大气中的传输损耗，因此高重复频率锁模光纤激光器在自由空间光通信领域具有不可替代的应用价值。

目前，在全光纤谐振腔中产生高重复频率锁模超短脉冲有以下三种方案：1、采用短腔长的被动基频锁模结构；2、采用高阶谐波的被动锁模结构；3、采用电光调制的高阶谐波主动锁模结构。方案1通过缩短腔长的方式可增加基频锁模脉冲的重复频率，然而由于光纤器件固有的尾纤长度，腔长无法被无限地缩减，使基频脉冲的重复频率难以突破千兆赫兹量级，难以满足光通信系统的容量需求。方案2中通过增加泵浦功率或非线性累积等方式获得高阶谐波锁模脉冲，可大幅度提升被动锁模脉冲的重复频率，然而被动锁模激光工作在高阶谐波锁模状态时，受超模噪声影响，获得的千兆赫兹量级锁模脉冲具有较低的信噪比，导致该方案难以满足光通信系统的稳定性需求。方案3中采用铌酸锂等电光材料对腔内纵模进行主动调制，可产生千兆赫兹重频以上的稳定的锁模脉冲，然而在实际通信系统中，锁模脉冲和调制信号的时域同步存在一定困难，导致调制信号难以加载到锁模激光上。此外上述三个方案的激光器结构中大多采用掺铒、掺镱光纤作为增益介质，得到的锁模脉冲工作在1.55微米和1微米波段，相应波段通常适用于传统光纤通信系统，对于以大气作为传输介质的空间光通信系统，上述两个波段激光在大气传输中存在着较强的散射并且易受湍流影响。

发明内容

本发明为了解决现有技术的激光器结构难以应用到空间光通信的问题，提出了一种基于外部时钟同步的高速调制锁模掺钬光纤激光器，实现了锁模脉冲与调制信号的时域同步，并将输出激光波段扩展到2.05微米，可作为高速空间激光通信的理想光源。

本发明采用以下技术方案：

基于外部时钟同步的高速调制锁模掺钬光纤激光器，其特征在于，掺铥光纤激光器与掺铥光纤放大器连接，掺铥光纤放大器与第一波分复用器的反射端连接，第一波分复用器公共端与掺钬光纤连接，掺钬光纤与第一电光调制器连接，第一电光调制器与第一耦合器的一分路连接连接，第一耦合器的另一个分路作为激光输出端，第一耦合器的公共端与第一光滤波器连接，第一光滤波器与第一波分复用器透射端连接，构成全光纤谐振腔结构；射频信号源具有两个输出端，其中一输出端与微波放大器连接，微波放大器与第一电光调制器连接，实现锁模脉冲的调制信号加载，射频信号源另一输出端与第二电光调制器连接，第二电光调制器与第二耦合器连接，第二耦合器与眼图仪连接，眼图仪与第二电光调制器连接，作为调制信号反馈，从而实现外部时钟同步。

本发明的有益效果：

本发明采用自主设计的外部时钟同步结构，在高调制频率的工作状态下，仅使用一个射频信号源实现了锁模脉冲与调制信号的时域同步，改善了传统锁模激光器在光通信系统中调制结构复杂的问题，本发明结构简单、可靠性高，可直接应用于多种高速光通信系统。