專利名稱：在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法
一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，其主要是利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性特征，應(yīng)用在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中，產(chǎn)生高階鎖模脈沖。
高重復(fù)頻率超短光脈沖產(chǎn)生技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)超高速大容量傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，在光纖通信系統(tǒng)中，摻鉺光纖激光器是最具開發(fā)潛力的超短光脈沖源。目前從主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器(AHML-EDFL)獲取優(yōu)質(zhì)高重復(fù)率超短光脈沖的主要方法有三種諧波鎖模(HML)、有理數(shù)諧波(RHML)和利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器非線性，產(chǎn)生高階鎖模。利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器(AHML-EDFL)中產(chǎn)生高階鎖模脈沖，國外的研究報(bào)告，目前獲得最高的高階鎖模脈沖的Matamedi·A和Vahldiek·R等人也僅從鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性特征上獲得4階脈沖。
本發(fā)明的目的在于提供一種方法，其將有理數(shù)諧波(RHML)技術(shù)和利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性來產(chǎn)生高重復(fù)頻率超短光脈沖的方法結(jié)合起來，獲得在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器(AHML-EDFL)中產(chǎn)生高階鎖模脈沖。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明人首先建立了數(shù)學(xué)模式，在數(shù)學(xué)上對(duì)利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性特性來獲取高階鎖模脈沖序列做數(shù)值模擬，其鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的輸出光場(chǎng)可表示為 由此可得到Eout(t)=Jo(απ2)cos[βπ2]cos(ωot)-J1(απ2)sin[βπ2]cos(ωot±ωmt)-J2(απ2)]]>cos[βπ2]cos(ωot±2ωmt)+J3(απ2)sin[βπ2]cos(ωot±3ωmt)]]>上式所得的數(shù)字結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。
為了詳細(xì)的對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行說明，下面對(duì)數(shù)學(xué)模擬及


如下圖1為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法實(shí)驗(yàn)裝置圖2為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法EDFL輸出2階脈沖序列圖；圖3為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法EDFL輸出3階脈沖序列圖；圖4為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法EDFL輸出分頻脈沖序列圖；圖5為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法EDFL輸出7階脈沖序列圖；圖6為本發(fā)明一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法EDFL輸出8階脈沖序列圖。
首先利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性在AHM-EDFL諧振腔中建立具有確定結(jié)構(gòu)輻射場(chǎng)的物理過程，并從理論上獲得利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性特征在AHML-EDFL中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的物理機(jī)制，獲得了鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器在單一正弦信號(hào)和混頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的輸出頻譜與調(diào)制器偏壓及調(diào)制深度的關(guān)系表達(dá)式，其鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的輸出光場(chǎng)可表示為 式(1)表明調(diào)制器出射光場(chǎng)與加在調(diào)制器上的電壓V呈現(xiàn)非線性關(guān)系。這意味著調(diào)制器具有表率變換能力，其輸出信號(hào)有可能比輸入信號(hào)具有更豐富的頻率成份。Eout(t)=cos[βπ2+απ2cos(ωmt)]cos(ωot)---(2)]]>式(2)中β＝Vb/VπoVb為偏置電壓，α＝Vac/Vπ，它表示加在調(diào)制器上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓幅度大小，其中Vac是角頻率為ωm的正弦射頻信號(hào)的電壓幅值。為了較好地了解調(diào)制器的頻譜特征，可將式(2)用級(jí)數(shù)展開成含有貝塞爾系數(shù)的cos函數(shù)形式Eout(t)=Jo(απ2)cos[βπ2]cos(ωot)-J1(απ2)sin[βπ2]cos(ωot±ωmt)-J2(απ2)]]>cos[βπ2]cos(ωot±2ωmt)+J3(απ2)sin[βπ2]cos(ωot±3ωmt)---(3)]]>式(3)中的Jn(α)是以α為參數(shù)的n階第一類貝塞爾函數(shù)，Jo代表中心頻率項(xiàng)，而J1、J2和J3則分別表示輸出光譜成份中的一階、二階和三階邊模，從上式可看出在載頻上下有許多邊頻分量，它們與載頻分量相隔都是調(diào)制頻率的整數(shù)倍。可見調(diào)幅過程實(shí)際上是一種頻率搬移過程。經(jīng)過調(diào)制后，調(diào)制信號(hào)的頻譜被搬移到載頻附近，并形成上下對(duì)稱的邊帶，其頻譜寬度和邊帶的數(shù)目以及它們的幅度大小都與調(diào)制器的調(diào)制參數(shù)有關(guān)。在偏置狀態(tài)一定的情況下，載頻分量與各次邊頻分量的幅值大小由對(duì)應(yīng)的各階貝塞爾函數(shù)值所確定。因此，一般各次高階諧波的振幅隨著Vac/Vn的增加而變大。根據(jù)式(3)進(jìn)一步分析可知腔內(nèi)各縱模振蕩的幅度除與Vb和Vac有關(guān)外還與抽運(yùn)功率有關(guān)。
式(3)表明調(diào)制器處于非線性調(diào)制情形下在頻域上的作用如同一個(gè)可調(diào)諧濾波器，而在時(shí)域上則表現(xiàn)為調(diào)制頻率的各諧波分量對(duì)載波的幅度調(diào)制。因此，某次高階鎖模脈沖的產(chǎn)生可認(rèn)為是與此對(duì)應(yīng)的某次高階諧波調(diào)制的結(jié)果，即腔內(nèi)快門打開的頻率(調(diào)制器提供周期性損耗的快慢)取決于調(diào)制器中哪一個(gè)邊模較強(qiáng)。由于各縱模通過鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器后所受到的損耗各不相同，哪一個(gè)邊模所受到的損耗最小與調(diào)制器的偏壓和調(diào)制深度有著直接關(guān)系，這表明有可能通過改變調(diào)制器的調(diào)制參數(shù)來使得滿足腔內(nèi)諧振條件的某一邊模振蕩的模式損耗比其它所有模式損耗都低，致使該模的振蕩幅度比其它模都要強(qiáng)些，由此造成輸入到調(diào)制器上的光場(chǎng)主要是受到該邊模所含有的調(diào)制頻率諧波分量的幅度調(diào)制。顯然，利用調(diào)制器的非線性在AHML-EDFL中獲取某次高階鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)所要做的就是通過調(diào)節(jié)調(diào)制器2的調(diào)制參數(shù)來控制諧振腔中的模式損耗，以獲得所需的高階鎖模脈沖序列。
請(qǐng)參照?qǐng)D1是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置圖，由圖示，實(shí)驗(yàn)裝置主要由微波信號(hào)源1、調(diào)制器2、光濾波器3、微波放大器4、摻鉺光纖放大器5、光通訊分析儀6等搭置而成，微波信號(hào)源1輸出一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，其信號(hào)分兩路，一路為測(cè)試用信號(hào)，經(jīng)由微波放大器4、電光調(diào)制器2、光濾波器3、摻鉺光纖放大器5，由光通訊分析儀讀取數(shù)據(jù)，另一路為同步比對(duì)信號(hào)向光通訊分析器6直接輸送。本發(fā)明的在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法經(jīng)上述裝置實(shí)測(cè)，在調(diào)制頻率為1GHZ量級(jí)的情況下，獲得了輸出脈沖重復(fù)頻率近10GHZ的超短光脈沖序列，即通過有效的非線性調(diào)制手段成功的從AHNL-EDFL中獲得了重復(fù)頻率為分頻、3階、7階最高鎖模脈沖為8階的滿意的脈沖序列。圖2至圖6為本發(fā)明的一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，EDFL輸出2階、3階、分頻、7階、8階脈沖序列圖，由圖所示，本發(fā)明的一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證獲得了7階和8階的高階鎖模脈沖序列，在國內(nèi)、外均屬首次報(bào)告。
采用上述技術(shù)方案的將有理數(shù)諧波(RHML)技術(shù)和利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性來產(chǎn)生高重復(fù)頻率超短光脈沖的方法結(jié)合起來，獲得在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器(AHML-EDFL)中產(chǎn)生高階鎖模脈沖，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，其特征在于(一)首先利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性特性來獲取高階鎖模脈沖序列做數(shù)值模擬，得到數(shù)字表達(dá)式(3)；(二)建立實(shí)驗(yàn)裝置，其實(shí)驗(yàn)裝置由微波信號(hào)源(1)、調(diào)制器(2)、光濾波器(3)、微波放大器(4)、摻鉺光纖放大器(5)、光通訊分析儀(6)等構(gòu)成；微波信號(hào)源(1)較出一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，其信號(hào)分兩路，一路為測(cè)試用信號(hào)，經(jīng)由微波放大器(4)、電光調(diào)制器(2)、光濾波器(3)、摻鉺光纖放大器(5)，由光通訊分析儀讀取數(shù)據(jù)，另一路為同步比對(duì)信號(hào)向光通訊分析器(6)直接輸送。
2.如權(quán)利要求1所述的在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，其特征在于利用鈮酸鋰(LiNbO3)強(qiáng)度調(diào)制器的非線性在AHML-EDFL中獲取某次高階鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)所要做的就是通過調(diào)節(jié)調(diào)制器(2)的調(diào)制參數(shù)來控制諧振腔中的模式損耗，以獲得所需的高階鎖模脈沖序列。
3.如權(quán)利要求1所述的在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，其特征在于在調(diào)制頻率為1GHZ量微的情況下，可獲得輸出脈沖重復(fù)頻率近10GHZ的超短光脈沖序列，即從AHNL-EDFL中可獲得重復(fù)頻率為分頻、3階、7階、8階的滿意脈沖序列。
全文摘要
一種在主動(dòng)鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器(AHNL－EDFL)中產(chǎn)生高階鎖模脈沖的方法，其應(yīng)用在光纖通信領(lǐng)域，尤指利用鈮酸鋰(LiNbO
文檔編號(hào)H01S3/098GK1392639SQ0111343
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者樓憲法, 王林 申請(qǐng)人:樓憲法, 王林