[发明专利]一种基于黑磷可饱和吸收体的光孤子产生系统

摘要

本发明的一种基于黑磷可饱和吸收体的光孤子产生系统属于光电子设备技术领域。其主要结构有偏振控制器(1)、1×N光开关(2)、光纤组(3)、1×N光耦合器(4)、可饱和吸收体(5)、中心波长调谐装置(6)等。本发明能够产生多种不同类型的光孤子，使用方便，且在环境参数发生变化时，输出的光孤子中心波长稳定。

主权项

1.一种基于黑磷可饱和吸收体的光孤子产生系统，其结构有，光隔离器(7)的输出端通过掺铒光纤(8)与光波分复用器(9)的公共端相连，光波分复用器(9)的980nm端与泵浦光源(10)的输出端相连，光波分复用器(9)的1550nm端与第一光耦合器(11)的输入端相连，第一光耦合器(11)的90％输出端与偏振控制器(1)的输入端相连，偏振控制器(1)的输出端与1×N光开关(2)的公共输入端相连，1×N光开关(2)的N个输出端分别通过光纤组(3)中的N条不同的单模光纤与1×N光耦合器(4)的N个输入端相连，所述的光纤组(3)是由N条长度不同的单模光纤构成的，N是2～8的整数，1×N光耦合器(4)的公共输出端与黑磷可饱和吸收体(5)的一端相连；其特征在于，结构还有，黑磷可饱和吸收体(5)的另一端与中心波长调谐装置(6)的输入端相连，中心波长调谐装置(6)的输出端与光隔离器(7)的输入端相连，第一光耦合器(11)的10％输出端与第二光耦合器(12)的输入端相连，第二光耦合器(12)的10％输出端作为本发明的最终输出，第二光耦合器(12)的90％输出端与第三光耦合器(13)的一个输入端相连，第三光耦合器(13)的一个输出端与第二法拉第旋转镜(16)相连，第三光耦合器(13)的另一个输出端与缠绕在压电陶瓷(14)上的光纤的一端相连，压电陶瓷(14)上的光纤的另一端与第一法拉第旋转镜(15)的输入端相连，光电转换电路(17)的输入端与第三光耦合器(13)的另一个输入端相连，光电转换电路(17)的输出端与函数变换电路(18)的输入端相连，函数变换电路(18)的输出端与自适应幅度归一电路(19)的信号输入端相连，自适应幅度归一电路(19)的信号输出端与相位比较电路(20)的一个输入端相连，基准电压电路(25)的输出端与自适应幅度归一电路(19)的参考电压输入端相连，自适应幅度归一电路(19)的输出端与相位比较电路(20)的一个输入端相连，相位比较电路(20)的输出端与单片机(21)相连，单片机(21)与可控频率源(23)的输入控制端相连，可控频率源(23)的正弦信号输出端与相位比较电路(20)的另一个输入端相连，还与压电陶瓷驱动电路(24)的输入端相连，压电陶瓷驱动电路(24)的输出端与压电陶瓷(14)的控制端相连，单片机(21)与温度控制电路(22)的温度设置端相连，温度控制电路(22)的电流输出端与中心波长调谐装置(6)中的半导体热电致冷器(64)相连，温度控制电路(22)的热敏电阻输入端与中心波长调谐装置(6)的热敏电阻(63)相连；所述的中心波长调谐装置(6)的结构为，在铝块(61)的下表面和散热片(65)的上表面之间夹有半导体热电致冷器(64)；热敏电阻(63)和布拉格光栅(62)贴在铝块(61)的上表面；热敏电阻(63)与温度控制电路(22)的热敏电阻输入端相连；半导体热电致冷器(64)与温度控制电路(22)的电流输出端相连；布拉格光栅(62)的一端与光环行器(66)的第二端口相连，光环形器(66)的第一端口作为中心波长调谐装置(6)的输入端，与所述的可饱和吸收体(5)相连，光环形器(66)的第三端口作为中心波长调谐装置(6)的输出端与所述的光隔离器(7)的输入端相连；所述的函数变换电路(18)的结构为，电容C3的一端与三角函数转换器U1的管脚12及电阻R2的一端相连，电容C3的另一端作为函数变换电路(20)的输入端，记为端口ACOS_in，与光电转换电路(17)的输出端相连；电阻R2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚2、3、4、5、8、11、13接地，管脚9、10与电容C2的一端及‑12V电源相连，电容C2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚6与管脚7相连，管脚16与+12V电源及电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚1与滑动变阻器W1的滑动端相连，滑动变阻器W1的一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与三角函数转换器U1的管脚14相连，滑动变阻器W1的滑动端作为函数变换电路(18)的输出端，记为端口ACOS_out，与自适应幅度归一电路(19)的信号输入端相连；所述的三角函数转换器U1的型号为AD639；所述的自适应幅度归一电路(19)的结构为，电容C1的一端与电阻R21的一端及芯片U2的管脚3相连，电阻R21的另一端接地，电容C1的另一端作为自适应幅度归一电路(19)的信号输入端，记为端口ADAPT_in，与函数变换电路(18)的端口ACOS_out相连；芯片U2的管脚1、管脚7、管脚8、管脚14均接地，管脚2与管脚4均与+5V电源相连，管脚11与管脚12相连并与电容C5的一端及+5V电源相连，电容C5的另一端接地；芯片U2的管脚13与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地；芯片U2的管脚9与电容C6的一端相连，电容C6的另一端接地；芯片U2的管脚5与电阻R20及电阻R19的一端相连，电阻R20的另一端接地，电阻R19的另一端与运放U8的输出端及电阻R17的一端相连，运放U8的正电源端7接+5V电源，负电源端接地；电阻R17的另一端与电阻R15的一端及电阻R16的一端相连，并接到运放U8的反相输入端；运放U8的同相输入端与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端与+2.5V电源相连；电阻R15的另一端与电容C10的一端相连，并接到运放U7的输出端；运放U7的正电源端接+5V电源，负电源端接地；电容C10的另一端与滑动变阻器W3的一端及滑动端相连，并接到运放U7的反相输入端；运放U7的同相输入端与电阻R14的一端相连，电阻R14的另一端与+2.5V电源相连；滑动变阻器W3的另一端与电阻R13的一端相连；电阻R16的另一端与滑动变阻器W2的滑动端及运放U6的输出端相连，滑动变阻器W2的一端与电阻R11的一端相连；电阻R11的另一端与电阻R10的一端相连，并接到运放U6的反相输入端；运放U6的正电源端接+5V电源，负电源端接地；运放U6的同相输入端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与+2.5V电源相连；电阻R10的另一端与电阻R13的另一端及电阻R7的一端相连，并接到运放U5的输出端；电阻R7的另一端与电阻R6的一端相连，并接到运放U5的反相输入端；电阻R6的另一端接运放U4的输出端，运放U5的正电源端接+5V电源，负电源端接地；电阻R8的一端与电阻R9的一端相连，并接到运放U5的同相输入端，电阻R9的另一端与+2.5V电源相连；电阻R8的另一端作为自适应幅度归一电路(19)的参考电压输入端，与基准电压电路(25)的参考电压输出端相连；芯片U2的管脚10作为自适应幅度归一电路(19)的信号输出端，记为端口ADAPT_out，与相位比较电路(20)的一个输入端相连；芯片U2的管脚10与电容C7的一端相连，电容C7的另一端与电阻R22的一端及运放U3的同相输入端相连，电阻R22的另一端接地；电阻R3的一端与电容C8的一端及二极管D1的正极相连，并接到运放U3的反相输入端，运放U3的衬底接到运放U3的反相输入端；运放U3的正电源端接+5V电源，负电源端接‑5V电源；电容C8的另一端与二极管D1的负极及二极管D2的正极相连，并接到运放U3的输出端；电阻R3的另一端与电阻R4的一端及运放U4的反相输入端相连，电阻R4的另一端与二极管D2的负极及场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的源极与电容C9的一端及电阻R5的一端相连，电容C9的另一端与电阻R5的另一端相连并接地；场效应管Q1的源极与场效应管Q1的漏极相连，并接到运放U4的同相输入端；运放U4的反相输入端与运放U4的衬底及运放U4的输出端相连；运放U3的正电源端接+5V电源，负电源端接‑5V电源；所述的芯片U2是可变增益放大器芯片，型号是AD8367；所述的相位比较电路(20)的结构为，电容C10的一端与运放U5的同相输入端及电阻R13的一端相连，电容C10的另一端作为相位比较电路(20)的一个输入端，记为端口PHASE_in1，与自适应幅度归一电路(19)的端口ADAPT_out相连；电阻R13的另一端接地；运放U5的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6A的CLK端；D触发器U6A的D端口接地；电容C11一端接地，另一端接D触发器U6A的PR端；电阻R14一端接D触发器U6A的PR端，另一端接D触发器U6A的Q端；D触发器U6A的CLR端接+5V电源，D触发器U6A的Q非端接D触发器U8A的PR端；电容C12的一端与运放U7的同相输入端及电阻R15的一端相连，电容C12的另一端作为相位比较电路(20)的另一个输入端，记为端口PHASE_in2，与可控频率源(23)的端口SineM_out相连；电阻R15的另一端接地；运放U7的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6B的CLK端；D触发器U6B的D端口接地；电容C13一端接地，另一端接D触发器U6B的PR端；电阻R16一端接D触发器U6B的PR端，另一端接D触发器U6B的Q端；D触发器U6B的CLR端接+5V电源，D触发器U6B的Q非端接D触发器U8A的CLR端；D触发器U8A的D端和CLK端均接地，Q端作为相位比较电路(20)的输出端，记为端口PHASE_out，与单片机(21)相连；所述的基准电压电路(25)的结构为，电阻R27的一端接+5V电源，另一端接运放U13的同相输入端，稳压二极管D3的正极接地，负极接运放U13同相输入端，运放U13的反相输入端与输出端相连，正电源端接+5V电源，负电源端接地，输出端为+2.5V电源，各模块中的+2.5V电源均由该输出端提供；滑动变阻器W4的一端接+2.5V电源，另一端接地，滑动端接运放U14的同相输入端；运放U14的反相输入端接其输出端，正电源端接+5V电源，负电源端接地，输出端作为基准电压电路(25)的输出端，记为端口Vref，与自适应幅度归一电路(19)的参考电压输入端相连；所述的可控频率源(23)的结构为，滑动变阻器W5的一端接+12V电源，另一端和滑动端接三极管Q2的基极；电容C16的一端接三极管Q2的基极，另一端接地；电阻R28的一端接三极管Q2的基极，另一端接地；电阻R29的一端接+12V电源，另一端接三极管Q2的集电极；电阻R30的一端接三极管Q2的发射极，另一端接地；电容C17的一端接三极管Q2的发射极，另一端接三极管Q2的集电极；电容C18的一端接三极管Q2的发射极，另一端接地；三极管Q2的集电极作为可控频率源(23)的输出端，记为端口SineM_out，与相位比较电路(20)的端口PHASE_in2及压电陶瓷驱动电路(24)的输入端相连；电容C19的一端接三极管Q2的集电极，另一端与电容C20的一端及电感L1的一端相连，电容C20的另一端接变容二极管D4负极，变容二极管D4的正极接地，电感L1的另一端接地；电容C21的一端接地，另一端作为可控频率源(23)的输入端，记为端口SineM_in；电阻R31的一端与端口SineM_in相连，另一端与变容二极管的负极相连。