本發(fā)明屬于光通信器件的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用壓電陶瓷反饋控制的數(shù)字化光脈沖產(chǎn)生裝置。

背景技術(shù)：

國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，信息時代已經(jīng)到來，光纖通信技術(shù)已滲透到各種通信與信息網(wǎng)絡(luò)中。光纖激光器是光纖通信的理想光源，與傳統(tǒng)的固體激光器相比具有許多優(yōu)勢，近年來得到了廣泛的研究。光纖激光器中的鎖模光纖激光器是光通信系統(tǒng)中脈沖光源的理想選擇。

鎖模光纖激光器常見的結(jié)構(gòu)有主動鎖模和被動鎖模光纖激光器。其中主動鎖模光纖激光器輸出脈沖寬度窄、頻率啁啾小且頻率可調(diào)諧，因而在超高速光纖通信中有很大的應(yīng)用前景。

與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是如附圖2所示的主動鎖模光纖激光器系統(tǒng)，正弦電壓信號作用于鈮酸鋰(linbo3)調(diào)制器，調(diào)制器將產(chǎn)生周期性的相位變化或是損耗，周期性的變化作用于諧振腔內(nèi)循環(huán)的脈沖，它們之間的相互影響使得產(chǎn)生鎖模序列。linbo3調(diào)制器是偏振敏感的，通常在調(diào)制器前放置一個偏振控制器來調(diào)節(jié)調(diào)制器的光場偏振態(tài)。中心波長通過可調(diào)諧濾波器進行調(diào)節(jié)。

但主動鎖模光纖激光器輸出激光的光譜比較窄，很難得到超窄脈沖，而且主動鎖模光纖激光器的腔長一般都較長，容易受到外界的影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差。

被動鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)簡單、成本低且可靠性高，是真正的全光纖器件，利用光纖的非線性效應(yīng)，可以產(chǎn)生最短的光學(xué)脈沖，但其輸出脈沖重復(fù)頻率的穩(wěn)定性差，不能外界調(diào)控。

綜上所述，目前現(xiàn)有的主動或被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)均各自存在固有的缺點，尤其由于現(xiàn)有鎖模光纖激光器系統(tǒng)中沒有采取有效的自動控制，使得輸出光脈沖的穩(wěn)定性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服背景技術(shù)中鎖模光纖激光器存在的缺點，提供一種利用壓電陶瓷反饋控制的數(shù)字化光脈沖產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生穩(wěn)定的超高速脈沖為目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種利用壓電陶瓷反饋控制的數(shù)字化光脈沖產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)有，泵浦光源1與波分復(fù)用器2的980nm端相連，波分復(fù)用器2的1550nm端與第一光耦合器3的輸入端相連；第一光耦合器3的10％輸出端與第一偏振控制器4的一端相連，第一偏振控制器4的另一端與由微波源6驅(qū)動的鈮酸鋰調(diào)制器5的輸入端相連；鈮酸鋰調(diào)制器5的輸出端與纏繞在第一pzt壓電陶瓷7上的光纖的一端相連；所述的纏繞在第一pzt壓電陶瓷7上的光纖的另一端與第二光耦合器8的一個輸入端相連；第二光耦合器8的另一個輸入端與第一光隔離器9的輸入端相連；第一光隔離器9的輸出端與第一摻鉺光纖10的一端相連，第一摻鉺光纖10的另一端與波分復(fù)用器2的公共端相連；

其特征在于，結(jié)構(gòu)還有第三光耦合器11的輸入端與第一光耦合器3的90％輸出端相連，第三光耦合器11的40％輸出端與第四光耦合器12的輸入端相連，第三光耦合器11的60％輸出端作為所述的基于石墨烯可飽和吸收體的主被動混合鎖模脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出端口；第四光耦合器12的一個50％輸出端與第一光探測器13的輸入端相連，另一個50％輸出端與第二光探測器18的輸入端相連；第一光探測器13的輸出端與第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14的輸入端相連，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14的輸出端與第一單片機15相連，第一單片機15與第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器16的輸入端相連，第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器16的輸出端與第一壓電陶瓷驅(qū)動器17的輸入端相連，第一壓電陶瓷驅(qū)動器17的輸出端與第一pzt壓電陶瓷7相連；第二光探測器18的輸出端與第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19的輸入端相連，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19的輸出端與第二單片機20相連，第二單片機20與第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器21的輸入端相連，第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器21的輸出端與第二壓電陶瓷驅(qū)動器22的輸入端相連，第二壓電陶瓷驅(qū)動器22的輸出端與第二pzt壓電陶瓷23相連，纏繞在第二pzt壓電陶瓷23上的光纖的一端與第二光耦合器8的一個50％輸出端相連，第二光耦合器8的另一個50％輸出端與第二光隔離器24的輸入端相連，第二光隔離器24的輸出端與色散補償光纖25的一端相連，色散補償光纖25的另一端與第二摻鉺光纖26的一端相連，第二摻鉺光纖26的另一端與石墨烯可飽和吸收體27的一端相連；石墨烯可飽和吸收體27的另一端與第二偏振控制器28的一端相連，第二偏振控制器28的另一端與單模光纖29的一端相連，單模光纖29的另一端與所述的纏繞在第二pzt壓電陶瓷23上的光纖的另一端相連。

有益效果：

1、本發(fā)明采用主被動混合鎖模光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高速超短光脈沖輸出，可以克服被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)無法控制輸出脈沖重復(fù)頻率及重復(fù)頻率穩(wěn)定性差的缺點，發(fā)揮被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)可以產(chǎn)生飛秒級光脈沖的優(yōu)勢；同時可以克服主動鎖模光纖激光器系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性差的缺點，發(fā)揮主動鎖模光纖激光器系統(tǒng)輸出重復(fù)頻率可調(diào)的優(yōu)勢，使整個系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的超短高速光脈沖。

2、本發(fā)明利用反饋信號控制壓電陶瓷穩(wěn)定主動鎖模光纖激光器中諧振腔的長度，克服腔長漂移，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定；同時利用反饋信號控制被動鎖模光纖激光器中的壓電陶瓷，使被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)中的光脈沖更加優(yōu)化，最終使整個系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的超短高速光脈沖。

3、本發(fā)明將新型二維材料石墨烯作為可飽和吸收體產(chǎn)生超短高速光脈沖，基于石墨烯的可飽和吸收體有超短的恢復(fù)時間、抗損傷閾值高、帶寬響應(yīng)波長范圍寬、非飽和吸收損耗低等優(yōu)點，可產(chǎn)生飛秒級超短脈沖。

4、本發(fā)明在被動鎖模光纖激光器的諧振腔中加入了摻鉺光纖，可以對在其中傳輸?shù)墓庑盘柈a(chǎn)生增益放大作用，使系統(tǒng)輸出的光脈沖能量進一步增加；并且加入了偏振控制器，可以改變在其中傳輸?shù)墓庑盘柕钠駪B(tài)，使系統(tǒng)輸出的光脈沖得到進一步的優(yōu)化。

5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，利用光探測器接收部分輸出激光，并將接收到的信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入單片機，利用單片機反饋控制壓電陶瓷，實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出脈沖的優(yōu)化。系統(tǒng)經(jīng)過對信號數(shù)字化的處理，可以達到精確控制，實現(xiàn)高質(zhì)量的光脈沖輸出。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的一種利用壓電陶瓷反饋控制的數(shù)字化光脈沖產(chǎn)生裝置的原理框圖。

圖2是傳統(tǒng)的主動鎖模光纖激光器系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明各部分光路的具體結(jié)構(gòu)。實施例中，元器件后面的括號中標(biāo)注的本發(fā)明的優(yōu)選的參數(shù)，但本發(fā)明的保護范圍并不受這些參數(shù)的限制。

實施例1：本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)

本發(fā)明的一種利用壓電陶瓷反饋控制的數(shù)字化光脈沖產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)如附圖1所示，其結(jié)構(gòu)有，泵浦光源1(980nm激光器，最大輸出功率為1w)與波分復(fù)用器2(980/1550nm波分復(fù)用器)的980nm端相連，波分復(fù)用器2的1550nm端與第一光耦合器3(1×2標(biāo)準(zhǔn)單模光耦合器，分光比為10：90)的輸入端相連；第一光耦合器3的10％輸出端與第一偏振控制器4(尾纖型機械式偏振控制器)的一端相連，其輸出的光脈沖在主動鎖模光纖激光器諧振腔中繼續(xù)運行，第一光耦合器3的90％輸出端與第三光耦合器11(1×2標(biāo)準(zhǔn)單模光耦合器，分光比為40：60)的輸入端相連；第一偏振控制器4的另一端與由微波源6驅(qū)動的鈮酸鋰調(diào)制器5(上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司的mx-ln-20光強度調(diào)制器)的輸入端相連；鈮酸鋰調(diào)制器5的輸出端與纏繞在第一pzt壓電陶瓷7上的光纖的一端相連；所述的纏繞在第一pzt壓電陶瓷7上的光纖的另一端與第二光耦合器8(2×2標(biāo)準(zhǔn)單模光耦合器，分光比為50：50)的一個輸入端相連；第二光耦合器8的另一個輸入端與第一光隔離器9(1550nm偏振無關(guān)光隔離器)的輸入端相連，第一光隔離器9使系統(tǒng)中的光脈沖單向運行，方向是附圖1的順時針方向；第一光隔離器9的輸出端與第一摻鉺光纖10(美國nufern公司生產(chǎn)的sm-esf-7/125摻鉺光纖)的一端相連，第一摻鉺光纖10的另一端與波分復(fù)用器2的公共端相連。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成了傳統(tǒng)的主動鎖模光纖激光器諧振腔。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的主動鎖模光纖激光器諧振腔的基礎(chǔ)上，還有基于石墨烯可飽和吸收體的被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)以及由兩個自動反饋控制環(huán)構(gòu)成的脈沖優(yōu)化系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)為，第三光耦合器11的40％輸出端與第四光耦合器12(1×2標(biāo)準(zhǔn)單模光耦合器，分光比為50：50)的輸入端相連，第三光耦合器11的60％輸出端作為所述的基于石墨烯可飽和吸收體的主被動混合鎖模脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出端口，系統(tǒng)產(chǎn)生的光脈沖由此端口輸出；第四光耦合器12的一個50％輸出端與第一光探測器13(北京敏光科技有限公司的lsipd-ld50型光探測器)的輸入端相連，另一個50％輸出端與第二光探測器18(北京敏光科技有限公司的lsipd-ld50型光探測器)的輸入端相連；第一光探測器13的輸出端與第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14(max197)的輸入端相連，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14的輸出端與第一單片機15(stc89c51單片機)相連，第一單片機15接收數(shù)字量進行計算處理；第一單片機15與第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器16(ad7541)的輸入端相連，第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器16的輸出端與第一壓電陶瓷驅(qū)動器17(本課題組自制的裝置，具體結(jié)構(gòu)見專利zl200710055865.8)的輸入端相連，第一壓電陶瓷驅(qū)動器17的輸出端與第一pzt壓電陶瓷7(圓柱形壓電陶瓷，外徑50mm，內(nèi)徑40mm，高50mm)相連，以控制諧振腔的長度；第二光探測器18的輸出端與第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19(max197)的輸入端相連，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19的輸出端與第二單片機20(stc89c51單片機)相連，第二單片機20接收數(shù)字量進行計算處理，第二單片機20與第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器21的輸入端相連，第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器21的輸出端與第二壓電陶瓷驅(qū)動器22(本課題組自制的裝置，具體結(jié)構(gòu)見專利zl200710055865.8)的輸入端相連，第二壓電陶瓷驅(qū)動器22的輸出端與第二pzt壓電陶瓷23相連，纏繞在第二pzt壓電陶瓷23上的光纖的一端與第二光耦合器8的一個50％輸出端相連，第二光耦合器8的另一個50％輸出端與第二光隔離器24(1550nm偏振無關(guān)光隔離器)的輸入端相連，第二光隔離器24允許光脈沖通過方向是附圖1的逆時針方向；第二光隔離器24的輸出端與色散補償光纖25(美國thorlabs公司的dcf38型色散補償光纖)的一端相連，色散補償光纖25的另一端與第二摻鉺光纖26(美國nufern公司生產(chǎn)的sm-esf-7/125摻鉺光纖)的一端相連，第二摻鉺光纖26的另一端與石墨烯可飽和吸收體27(將多層石墨烯制作在一側(cè)光纖接頭的端面上，用光纖連接器將此接頭與另一側(cè)的光纖接頭相連接，光纖連接器可采用上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)fc/pc光纖連接器)的一端相連；石墨烯可飽和吸收體27的另一端與第二偏振控制器28(尾纖型機械式偏振控制器)的一端相連，第二偏振控制器28的另一端與單模光纖29(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖)的一端相連，單模光纖29的另一端與纏繞在第二pzt壓電陶瓷23上的光纖的另一端相連。

實施例2本發(fā)明的工作過程及各主要部件的作用

附圖1所示的結(jié)構(gòu)中，泵浦光源1作為整個系統(tǒng)的激光泵浦源，泵浦光源1通過波分復(fù)用器2進入系統(tǒng)中；分光比為10：90的第一光耦合器3將腔內(nèi)運行的激光分為兩部分，一部分(90％)輸出給第三光耦合器11，另一部分(10％)繼續(xù)在主動鎖模光纖激光器諧振腔內(nèi)運行；分光比為40：60的第三光耦合器11將第一光耦合器3輸出的激光分為兩部分，一部分(60％)作為整個系統(tǒng)的激光輸出，另一部分(40％)輸出到第四光耦合器12作為系統(tǒng)的反饋信號；第一偏振控制器4和第二偏振控制器28用于控制系統(tǒng)中的偏振態(tài)；第一光隔離器9用于保證主動鎖模光纖激光器諧振腔中光的單向運行；第一摻鉺光纖10和第二摻鉺光纖26在系統(tǒng)中產(chǎn)生增益作用，保證諧振腔內(nèi)運行激光的能量不衰減；分光比為50：50的第二光耦合器8連接了主動鎖模和被動鎖模兩部分結(jié)構(gòu)，使基于石墨烯的被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)和主動鎖模光纖激光器系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起，實現(xiàn)主被動混合鎖模；石墨烯可飽和吸收體27是將石墨烯材料制作成可飽和吸收體，用于鎖模超短脈沖的產(chǎn)生。

第四光耦合器12將接收到光分成兩路，一路輸出給第一光探測器13，由第一光探測器13將光信號轉(zhuǎn)換為電流，第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14接收第一光探測器13輸出的電信號，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，使之適合后續(xù)控制；第一單片機15接收第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14輸出的數(shù)字信號進行計算處理，并產(chǎn)生控制信號；第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器16將第一單片機15輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出給第一壓電陶瓷驅(qū)動器17，第一壓電陶瓷驅(qū)動器17將接收到的控制信號放大用于驅(qū)動第一pzt壓電陶瓷7，進而控制纏在第一pzt壓電陶瓷7上的光纖的長度對主動鎖模光纖激光器諧振腔進行腔長補償，克服腔長漂移，保證系統(tǒng)鎖模的可靠性。

第四光耦合器12輸出的另一路輸出給第二光探測器18，第二光探測器18將其轉(zhuǎn)化為電流并由第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，第二單片機20接收第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19輸出的數(shù)字信號進行計算處理，并由第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換為模擬電壓送給第二壓電陶瓷驅(qū)動器22，第二壓電陶瓷驅(qū)動器22將接收到的控制信號放大用于驅(qū)動第二pzt壓電陶瓷23，進而控制纏在第二pzt壓電陶瓷23上的光纖的長度，以保證基于石墨烯可飽和吸收體的被動鎖模光纖激光器系統(tǒng)所產(chǎn)生的孤子類型與主動鎖模光纖激光器諧振腔產(chǎn)生的孤子類型自動匹配，進而使整個系統(tǒng)輸出的超短高速光脈沖得到優(yōu)化。