[发明专利]光孤子脉冲串的全光放大方法

说明书

本发明提供一种光孤子脉冲串的全光放大方法，属光学技术领域，以解决目前放大光孤子脉冲串的方式受放大器的限制而存在一定局限性的问题。本发明利用平面波泵浦与频谱过滤器相结合的方法，能够实现光孤子脉冲串的直接放大。此放大方法表示的放大过程与光孤子脉冲的宽度、中心波长、光纤掺杂浓度等因素无关，可适用于高阶模型、不同模式的光纤系统，特别是对于超短光孤子脉冲串，能够实现直接放大。本发明的放大方法因不受放大器的参数等因素制约，因而放大方式相对灵活。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光孤子脉冲串的全光放大方法。

背景技术

全光信号处理比电信号处理具有更高的速度、更低的延迟以及更大的带宽。现代非线性光学的其中一个目标是超快全光设备的发展，全光放大器是其中一个重要的部分。光孤子是在光学非线性介质中传播的局域化光波，能够长距离传输而保持形状不改变。由于在光通信和光信号处理系统中的潜在应用，过去几十年中对光孤子展开了大量的研究，例如孤子的存在与稳定性研究，孤子碰撞及相互作用，以及高阶孤子等。随着光孤子概念的出现，20世纪80年代初，Hasegawa和Kodama在理论上提出了孤子放大的机制，实际中可由掺铒放大器、喇曼放大器、参数放大器和半导体放大器来实现。

目前在孤子放大中，掺铒放大器和喇曼放大器使用的较多。这些放大器在实际使用中有各自的限制，尤其对于飞秒量级的超短脉冲的放大，掺铒放大器和喇曼放大器实现起来较为困难。对掺铒放大器，超短脉冲的放大是基于具有相当高浓度(浓度在1000ppm-2000ppm之间)的铒掺杂。对于喇曼放大，非线性效应，例如受激布里渊散射，自相位调制等会影响放大器的性能，尤其对于超短脉冲的系统。

综上，目前放大光孤子脉冲串的方式受放大器的限制而存在一定的局限性。

发明内容

为解决目前放大光孤子脉冲串的方式受放大器的限制而存在一定局限性的技术问题，本发明提供一种光孤子脉冲串的全光放大方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种光孤子脉冲串的全光放大方法，其包括如下步骤：

S1，产生初始光孤子脉冲串，并将初始光孤子脉冲串注入单模光纤中传输；

S2，控制初始光孤子脉冲串在单模光纤中传输z_A＝23.8095-34.5238km，使初始光孤子脉冲串的峰值功率P下降到2.5788-0.4293W，得到衰减的光孤子脉冲串；

S3，在单模光纤的z_A处注入功率为P₀的连续平面波，与衰减的光孤子脉冲串混合，构成形式为的混合波，并让混合波继续在单模光纤中传输；

S4，在连续平面波作用下，衰减的光孤子脉冲串被逐渐放大，并在单模光纤中继续传输L_A＝0.2893-1.5381km时，衰减的脉冲串被放大，形成具有平面波背景的放大光孤子脉冲串；

S5，在单模光纤的位置z_A+L_A处，放置频谱过滤器，以放大光孤子脉冲串的波长1550nm为中心、0.2nm为宽度进行频谱过滤，得到零背景稳定传输的放大光孤子脉冲串，此时，零背景稳定传输的放大光孤子脉冲串与初始光孤子脉冲串具有相同的功率。

可选地，所述S1在产生初始光孤子脉冲串时，通过如下过程来实现：

皮秒光脉冲在单模光纤中的传输由如下非线性薛定谔方程来描述：

公式(1)中，A＝A(z,T)是电磁场慢变包络，z是传输距离，T是随脉冲以群速度v_g移动的参考系中的时间量度，T＝t-z/v_g，系数β₂和γ分别是二阶群速度色散GVD和克尔非线性参数，α＞0是光纤损耗；