[发明专利]基于FP谐振腔耦合系统的PT对称全光纤光隔离器及方法

说明书

本发明公开了一种基于FP谐振腔耦合系统的PT对称全光纤光隔离器及方法，包括端口一、端口二、有源光纤、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅以及第三光纤布拉格光栅；第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅构成第一法布里‑珀罗谐振腔，第二光纤布拉格光栅和第三光纤布拉格光栅构成第二法布里‑珀罗谐振腔，第一法布里‑珀罗谐振腔与第二法布里‑珀罗谐振腔耦合。本发明利用均匀光纤布拉格光栅构成两个相互耦合的法布里‑珀罗谐振腔系统；通过控制泵浦光的光功率，基于对两个谐振腔的增益和损耗强度的调节，实现该全光纤光隔离器内的宇称‑时间对称的各种相位形式的调节，并且在宇称‑时间对称破缺状态下实现光信号非互易传输。

技术领域

本发明属于光纤器件技术领域，具体涉及基于FP谐振腔耦合系统的PT对称全光纤光隔离器及方法。

背景技术

光隔离器是只允许光信号沿一个方向传播而阻止其向相反方向传播的光学器件，主要作用是防止在光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统造成不良影响。光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。传统的基于磁光效应的磁光隔离器由于磁光材料集成不兼容以及需要外加强磁场等问题，导致磁光隔离器的集成化和小型化受到限制。基于时空调制的无磁方案也已被提出，但是其复杂的外部控制电路以及器件的高能耗等问题使其应用受限。宇称-时间(Parity-time，简称PT)对称理论源于量子力学领域，如今延伸到光学领域用以探究宇称-时间对称系统中的非互易性。量子系统中，将厄米共轭的条件换成弱化的更加物理的宇称-时间对称条件后，一大类复的哈密顿量即使非厄米共轭在对称状态转变阈值之下也能拥有完全的实谱。在满足其对称破全条件时，在特定谐振腔内会产生场强局域化，导致谐振腔内的增益饱和非线性效应被大幅度增强，从而实现光信号的非互易传输。基于谐振腔耦合系统的宇称-时间对称光隔离器不受磁光材料及外部磁场需求的限制，具有尺寸小、全光可控、光隔离度可调、光隔离方向可切换等优势，因此在新型的无磁光隔离器发展领域有着重要的研究价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的主要目的在于克服传统光隔离器制作工艺复杂、难以集成的缺点，本发明提供一种基于FP谐振腔耦合系统的PT对称全光纤光隔离器及方法，该光隔离器为全光纤结构，具有全光可控、光隔离度可调、光隔离方向可切换、制备工艺简单、成本低和易于集成到光纤通信链路的特性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于FP谐振腔耦合系统的PT对称全光纤光隔离器，包括端口一、端口二、有源光纤、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅以及第三光纤布拉格光栅；

第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅构成第一法布里-珀罗谐振腔，第二光纤布拉格光栅和第三光纤布拉格光栅构成第二法布里-珀罗谐振腔，第一法布里-珀罗谐振腔与第二法布里-珀罗谐振腔耦合；

端口一为探测光正向通过光隔离器的入射端口，端口二为探测光反向通过光隔离器的入射端口；泵浦光始终从端口二进入光隔离器。

进一步的，有源光纤具体为铒镱共掺光纤。

进一步的，第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅以及第三光纤布拉格光栅均为均匀光纤布拉格光栅，均匀光纤布拉格光栅的刻写方法为相位掩模板法。

进一步的，第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅以及第三光纤布拉格光栅的长度均为4mm。

进一步的，第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅以及第三光纤布拉格光栅的反射率均为94％。

进一步的，第一法布里-珀罗谐振腔和第二法布里-珀罗谐振腔的物理长度均为10mm。

本发明还包括基于本发明提供的光隔离器的光隔离方法，包括以下步骤：