專利名稱：孤子脈沖發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明要求美國臨時申請第60/062001號的優(yōu)先權并作為參考資料在此引入。
背景技術：
本發(fā)明涉及脈沖發(fā)生器，特別是，涉及用于產(chǎn)生穩(wěn)定和可控制孤子脈沖串的方法和裝置。
背景描述在超高速時分復用(TDM)網(wǎng)絡中要求高重復率、低定時跳動發(fā)射機(lowtiming jitter transmitter)。對于孤子發(fā)射機，有一種方法，即，通過脈沖壓縮裝置絕熱壓縮和再成型正弦光輸入，在20GHz至1THz的重復率下產(chǎn)生孤子脈沖串。絕熱壓縮保證變換有限(transform-limited)(無線性調(diào)頻脈沖的(unchirped))孤子。存在各種方法來產(chǎn)生輸入到脈沖壓縮裝置的正弦信號。
在Swanson等人的“運用Mach-Zehnder調(diào)制器輸出的孤子壓縮產(chǎn)生40GHz脈沖串傳輸”，IEEE光子技術通信(photonic technol)Lett.7(1)，114-116(1995)，通過運用Mach-Zender調(diào)制器調(diào)制來自20GHz信號發(fā)生器的連續(xù)波輸出，產(chǎn)生正弦信號。雖然運用該方法產(chǎn)生高質(zhì)量正弦信號，但是本方法需要昂貴和復雜的元件，包括20GHz電子信號發(fā)生器和調(diào)制器。
在“在色散變化光纖電路中通過多孤子(multisoliton)脈沖傳播產(chǎn)生40GHz孤子串”，IEEE光子技術通信，Lett.6(11)1380-1382(1994)，Shipulin等人描述了孤子脈沖發(fā)生器，其中通過混頻(拍(beat))來自兩個連續(xù)波激光器的兩個頻率，產(chǎn)生正弦信號。該技術的主要缺點在于很難鎖定在兩個激光源之間的頻率。因此，很難運用該技術將發(fā)生器的輸出頻率調(diào)諧到所需頻率。Swanson等人在“運用兩個CW激光器和標準單模式光纖產(chǎn)生23GHz和123GHz孤子脈沖”(IEEE光子技術通信，Lett.6(7)，796-798(1994))中描述了與Sipulin等人相類似的孤子串產(chǎn)生方法。
因此，需要一種產(chǎn)生孤子脈沖串的方法和裝置，它利用無源和廉價元件來產(chǎn)生高度穩(wěn)定和可控制孤子脈沖串。
發(fā)明概述根據(jù)它的主要方面和一般描述，本發(fā)明涉及脈沖產(chǎn)生方法和相關電路，它利用布里淵散射來產(chǎn)生高度穩(wěn)定和可控制孤子脈沖串。
當在光纖中激勵布里淵散射時，輸入信號通過電致伸縮過程產(chǎn)生聲波，它又反過來導致對折射率周期性調(diào)制。折射率光柵通過布拉格衍射散射輸入信號光，而且由于與以聲速γA移動的光柵相關的多普勒頻移，導致散射光的頻率下移。激勵在光纖中的布里淵散射導致向后傳播信號的波長從輸入信號位移達實際上獨立于輸入信號的波長的數(shù)值。
通過提供輸入連續(xù)波、激勵由輸入連續(xù)波的頻率確定頻率的輸入波的布里淵散射來產(chǎn)生后向散射波、將由輸入連續(xù)波確定頻率的連續(xù)波與后向散射波耦合來產(chǎn)生正弦輸出信號并壓縮正弦輸出來形成孤子脈沖串，形成本發(fā)明的孤子脈沖發(fā)生器。由于后向散射波的波長位移實際上獨立于輸入功率和波長，將連續(xù)波與后向散射和波長位移波耦合導致在裝置的輸出光纖處產(chǎn)生高度穩(wěn)定和可控制光信號。通過利用其色散在傳播方向沿著它的長度減小(色散減小光纖)的光纖或者利用交替脈沖壓縮技術，來壓縮正弦信號，提供高度穩(wěn)定和可控制脈沖發(fā)生電路。
對本發(fā)明來說，其中發(fā)生布里淵散射的光纖被認為是布里淵光纖。為了在布里淵光纖中獲得布里淵散射，第一波的功率電平必須高于光纖的布里淵門限。由光纖的布里淵增益，光纖的有效纖芯(core)面積和光纖的有效交互(interaction)長度確定對于光纖長度的布里淵門限。較佳的是，控制布里淵光纖的參數(shù)，從而使光纖具有低門限，從而容易地獲得高密度地向后傳播的布里淵波。通過減小光纖的有效纖芯面積、增加纖芯的長度或通過使光纖的聲能頻譜變窄，可以提供低布里淵門限。
如果連續(xù)波和布里淵波的密度近似相等，就可在輸出光纖中產(chǎn)生高質(zhì)量的正弦信號。通過放大或衰減一種波或者通過在耦合器中耦合波，而該耦合器的耦合比使輸出波為等強度，可使連續(xù)波和布里淵波的密度相等。
在設計脈沖發(fā)生器的一個重要考慮是保證不在第二耦合器的輸出處，在輸出光纖中激勵布里淵散射。一般，通過增加輸出光纖的布里淵門限，或者通過衰減輸出信號的功率電平，從而它低于輸出光纖的布里淵門限，可以避免在輸出光纖中的不必要布里淵散射。
通過減小輸出光纖中的布里淵增益，可以增加輸出光纖的布里淵門限來避免不必要的布里淵散射。通過加寬聲子頻譜，可以獲得小布里淵增益?？赏ㄟ^幾種方法中的一種方法來完成頻譜加寬，方法中包括在輸出光纖中加入不均勻性的摻雜處理、提供具有變化直徑的輸出光纖或通過提供具有變化的拉絲張力的輸出光纖。
通過增加輸出光纖的有效纖芯面積、或者減小輸出光纖的交互長度，也可以增加輸出光纖的布里淵門限?？墒垢鶕?jù)本發(fā)明的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖串，其重復率大約為10Gbps。通過調(diào)節(jié)光纖的溫度，從而改變布里淵光纖的聲速和布里淵光纖的折射率，可以容易地調(diào)諧重復率。
通過時分復用的方法，可用因子N×10Gbps容易地增加10Gbps頻率。在時分復用中，運用1×N耦合器分裂~10Gbps脈沖串，用數(shù)據(jù)編碼每個輸出路徑而且延遲Tb/N(其中，Tb是原始位期限)來交錯脈沖，而且運用N×1耦合器來重新組合幾條路徑。
本發(fā)明的主要特性是通過提供輸入連續(xù)波、激勵由輸入連續(xù)波的頻率確定頻率的輸入波的布里淵散射來產(chǎn)生后向散射波和將由輸入連續(xù)波確定頻率的連續(xù)波與后向散射波耦合來產(chǎn)生正弦輸出信號。正弦輸出波的頻率是連續(xù)波輸入和后向散射波之間的頻率(光速/波長)差。由于后向散射波具有基本上獨立于輸入波的波長和頻移，在第二耦合器的輸出處產(chǎn)生的正弦輸出是高度穩(wěn)定和可控制的。此外，將產(chǎn)生高度穩(wěn)定和可控制正弦輸出，而不必使用昂貴和復雜的信號發(fā)生器。
本發(fā)明的另一個特征是利用色散減小光纖或通過另一種方法來壓縮正弦信號。壓縮正弦信號提供高度穩(wěn)定和可控制孤子脈沖串。
本發(fā)明的另一個主要特征在于選擇布里淵光纖，其中選擇布里淵光纖的纖芯面積和長度來提供低布里淵門限功率電平。通過低布里淵門限，容易地獲得在布里淵光纖中的布里淵散射。
本發(fā)明的另一個特征是第一耦合器的耦合比。選擇第一耦合器的耦合比，從而耦合在布里淵光纖中的第一波明顯高于布里淵門限，從而產(chǎn)生其強度足以與第二波耦合的后向散射波。
本發(fā)明的又一個特征在于調(diào)節(jié)(通過放大、衰減或選擇適當耦合比)第二波和布里淵波，從而當耦合它們時，兩種波具有相等強度。在相等的強度下耦合兩種波產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出，它具有最大強度以與臨時干擾鮮明對照。
本發(fā)明的又一個特征在于，摻雜色散減小光纖，從而加寬它的聲能頻譜。加寬聲波的頻譜分布增加在色散減小光纖中的布里淵門限，從而阻止在色散減小光纖中的不必要受激布里淵散射。
通過結合附圖，從隨后的較佳實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些和其他特性對于熟悉本技術領域的人員而言是顯而易見的。
附圖簡述在附圖中，

圖1A、1B、1C和1D示出本發(fā)明的多種實施方法的一般示意圖；圖2是用于光纖的樣品(sample)長度的后向散射功率對輸入功率的示圖；圖3是用于光纖的樣品長度的發(fā)射功率(transmitter power)對輸入功率的示圖；圖4是包括多個級聯(lián)布里淵光纖的光電路的一般示意圖；和圖5是示出孤子脈沖串的時分復用的一般示意圖。
較佳實施例的詳細描述參照圖1A-1D，描述本發(fā)明的操作，上述附圖示出孤子脈沖發(fā)生器10的一般示意圖的變化。在圖1A的實施例中，通過光隔離器(isolator)13將由激光二極管12產(chǎn)生的光輸入連續(xù)波11輸入到輸入耦合器16，它把光輸入分成連續(xù)波，用箭頭18和20表示。輸入連續(xù)波18沿著光纖22傳播，其中光纖22適合于生成布里淵波，并因而稱為布里淵光纖22。連續(xù)波20沿著光纖24傳播，而且輸入到第二耦合器26。同時，通過布里淵散射連續(xù)波18，在布里淵光纖22中產(chǎn)生后向散射波28。從連續(xù)波18反向傳播，后向散射波28通過第一耦合器16傳播，而且輸入到第二耦合器26。在第二耦合器26處，耦合連續(xù)波20和后向散射波28在第二耦合器26的輸出處產(chǎn)生正弦輸出波30。向輸出光纖33提供輸出波30，例如，光纖33可以包括色散減小光纖34和傳輸光纖35。色散減小光纖34或另一種壓縮源(未圖示)壓縮正弦輸出信號30來產(chǎn)生孤子脈沖串36。
在圖1B的實施例中，通過光環(huán)行器，而不是光纖耦合器，完成從前行輸入波的后向散射布里淵波的空間分離。在光環(huán)行器中，輸入到一支光纖的光表面上以順時針方向(或逆時針方向)通過下一個光纖泄出環(huán)行器。參照圖1B，從左側進入的波11將作為波18泄出到右側；從右側進入的后向散射波將作為波28泄出到底部。圖1C的實施例運用如圖1A的相同光纖耦合器來分離后向散射波。然而，圖1C以及圖1B運用通過布里淵光纖發(fā)送的光作為到耦合器26的一個輸入。在圖1A-C中，元件22是長度較長的光纖。
如圖1D所示的另一個實施例運用如圖1C的相同基本結構，添加布里淵激光耦合器17，它自身向后折疊光纖22。耦合器17產(chǎn)生反饋機理，從而將從光纖22中產(chǎn)生的一小部分布里淵波重新引入環(huán)路中。這種反饋導致環(huán)路發(fā)出激光，而且并被稱為布里淵激光。它的優(yōu)點在于它所需要的光纖長度比前面的實施例更短，以及更低的門限功率。然而，它產(chǎn)生下位移波，同時具有更窄的頻譜寬度。來自耦合器26的所致波也具有很窄的頻譜寬度。如圖7所示，由于gB與頻譜寬度ΔγP成反比所以這可導致在光纖34中的大布里淵增益系數(shù)，gB。于是，本實施例可以協(xié)調(diào)光纖34中的抑制受激布里淵散射和在光纖22中的提高受激布里淵散射。
受激布里淵散射(SBS)是在光纖的輸入(前向)抽運波(pump wave)、后向散射(斯托克斯)波和聲波之間的交互作用。當輸入功率增加到超過SBS功率門限時，發(fā)射功率(波)鎖定在最大值，而且進一步增加輸入功率導致沿著向后方向散射光。
根據(jù)粒子描述，高輸入功率電平增加了在光纖中光子與聲子碰撞并賦予它能量的可能性。由于在碰撞中的能量和動量守恒，散射光子變得頻率下移(波長更長，能量更低)，而且優(yōu)先沿著光纖先向后直接散射。在SBS過程的波描述中，輸入抽運波通過電致伸縮建立玻璃格振蕩。聲振蕩產(chǎn)生以聲速傳播的折射率光柵，從而輸入波布拉格衍射為多普勒頻移、向后傳播的斯托克斯波(后向散射波)。入射波對后向散射波的干擾增強和強化產(chǎn)生反饋機理的聲光柵，當入射功率增加時，它非線性地耗盡發(fā)送波。因此，在開始SBS過程時，后向散射光量突然增加。由于沿著向前方向傳播聲光柵，所以在光纖中的受激布里淵散射導致向后傳播多普勒波，它的波長從入射波下移達實際上獨立于輸入波的波長的數(shù)值。波長位移依賴于聲波的速度。在由Govind P.Agrawal所著的非線性光纖一書(學術出版社，1995，370-403頁)中徹底討論了受激布里淵散射的性能。
再次參照圖1A-1D，通過保證通過布里淵光纖22傳播的第一波18大大高于對該光纖的布里淵門限，獲得具有適于本發(fā)明目的的強度的后向散射波。圖2示出曲線40，它表示對于長度為20千米的光纖的后向散射功率對輸入功率的關系。在輸入功率低于7.37dBm的區(qū)域中，由瑞利后向散射主導了后向散射功率。在7.37dBm處的突然傾斜是因為添加了受激布里淵散射。門限功率與該點不連續(xù)斜率相對應，而且在該處瑞利和布里淵對后向散射的貢獻大致相等。對于本發(fā)明，需要在高于門限的情況下運行，其中受激布里淵散射的相干特性提供對輸入波的良好干擾。
圖3中示出曲線44，它表示對于與圖2中的長度為20千米光纖相同的光纖的發(fā)射功率對輸入功率的關系。超過7.37dBm的門限功率，當后向散射更多功率時，發(fā)射功率部分減小。它亞線性地超出門限功率，和在較高輸入功率下漸近地接近恒值。在圖1B和1C的實施例中，將該發(fā)射光(transmitter light)用作到干擾耦合器26的非下移輸入。從圖2和3可見，存在輸入功率，從而在耦合器26處的后向散射和發(fā)射功率干擾相等。這提供與不連續(xù)波背景呈高度對比的臨時分布，這對高質(zhì)量孤子脈沖產(chǎn)生是很重要的。
較佳的是，布里淵光纖22具有低到實踐上可以使獲得穩(wěn)定后向散射波所需的輸入功率量最小的布里淵門限。
由下式給出對于布里淵光纖26的布里淵門限
其中Aeff是光纖的有效纖芯面積，Leff是光纖的有效交互長度和gB是布里淵增益系數(shù)。于是，可見通過減小布里淵光纖22的有效纖芯面積、增加布里淵光纖22的有效交互長度或通過增加光纖的布里淵增益，可以減小布里淵門限。表1示出對于其有效纖芯面積大約為50mm2、光纖損耗為0.2dB/km和峰值布里淵增益大約為2.4×10-11m/w的光纖樣品，光纖長度對布里淵功率門限的影響。
表1光纖長度(千米) SBS門限功率(dBm)5 9.89510 8.17420 7.13030 6.060
雖然在超出30千米的最大長光纖使布里淵門限最小而且在性能方面也是較佳的，但是長度大約為5千米的低成本光纖適于本發(fā)明的目的。
為了在布里淵光纖22中產(chǎn)生穩(wěn)定和可控制后向散射波，應調(diào)度抽運連續(xù)波12的功率電平和第一耦合器16的耦合比，從而耦合到布里淵光纖22中的第一波18的功率電平明顯高于對于該光纖的布里淵門限。
由第一連續(xù)波18的布里淵散射產(chǎn)生的后向散射波28具有中心波長，其頻率從第一連續(xù)波18位移。下式給出相對于第一波18的后向散射波28的頻移νSH
其中，n是光纖的折射率，γA是光纖聲速和λ1是第一連續(xù)波18的中心波長。
注意，頻移的幅度與輸入功率電平無關。因此，在本發(fā)明中，后向散射波28的頻移的幅度保存恒定，而與第一連續(xù)波18的輸入功率的細微(或巨大)波動無關。還應注意，從等式2可見，頻移的幅度實際上與輸入波長λ1開關。例如，1550鈉米波長輸入波變化1鈉米只改變頻移~7Mhz。因為后向散射波28具有與輸入功率無關的波長位移，而且實際上與輸入波長無關，所以在第二耦合器26的輸出處產(chǎn)生的正弦輸出30可以高度穩(wěn)定和可控制的。
將1550鈉米波長輸入波用于布里淵光纖22導致其頻率大約為11.2GHz的輸出光纖33處的輸出波，其中上述布里淵光纖22具有折射率大約為1.5和聲速大約為600米/秒。利用它對溫度的依賴性，可以向預定頻率調(diào)節(jié)輸出波的頻率。
可將布里淵頻率對溫度的依賴性νb表示為等式(2)的溫度微分
組合折射率的溫度依賴性和聲速依賴性來給出布里淵頻率對溫度的依賴性。因此，可見可通過調(diào)節(jié)溫度來改變輸出波的頻率。通過運用光纖加熱爐加熱布里淵光纖，可以方便地調(diào)節(jié)輸出波的頻率?？倲?shù)dνSH/dT大約是1.2MHz每攝氏度。對于100度的實際溫度范圍，布里淵頻率可在大約11.2Ghz到大約11.3Ghz范圍內(nèi)變化。
當將第二連續(xù)波20和后向散射波28輸入到第二耦合器26時，混合(拍)具有不等波長的連續(xù)波來產(chǎn)生正弦信號，其頻率等于第二連續(xù)波20和后向散射連續(xù)波28之間的頻率差?？蓪⑤敵鲂盘?0的強度表示為fout＝|Eout|2＝|ECW+EB|2等式4
＝|ECW|2+|EB|2+2ECWEBcos(2πγoUTτ) 等式6其中ECW是第二連續(xù)波20的幅度、EB是后向散射波28的幅度、γCW是波20的頻率、γB是波28的頻率和γOUT＝γCW-γB是等于頻移的差頻，因為γB＝γCW-γSH。如果使第二連續(xù)波20和后向散射波28具有近似相等的功率電平，那么最優(yōu)化正弦輸出信號30的質(zhì)量。在這種情況下，ECW＝EB＝E和上面等式變成IOUT＝2|E|2(1+cos2πγSHτ)、因為cos隨著時間在+1與-1間變化，所以輸出強度將在+4|E|2和0之間變化。于是，在等功率電平(強度)下耦合連續(xù)波產(chǎn)生了干涉面的最大對比比例(或可見干涉條紋)。當ECW＞＞EB時，由上式變成IOUT≈2|ECW|2+2ECWEBcos2πγSHt。由于EB很小，所以第二調(diào)制項大大小于連續(xù)波第一項。
再次參照圖1，通過執(zhí)行幾種不同方法中的一種，可以使第二波20和后向散射波28的強度相等。后向散射波28正常具有遠遠小于第一連續(xù)波18(它產(chǎn)生后向散射波28)的強度，而且當通過輸入耦合器16和第二耦合器26傳播時經(jīng)歷強度損耗。因此，使第二波20和后向散射波28的強度相等一般包括增加后向散射波28的強度和/或減小第二連續(xù)波20的強度。在本發(fā)明一種方法中，發(fā)送(transmitting)后向散射波28的光纖46可在其中安裝用于放大后向散射波強度的放大器。為了在大約1550鈉米波長周圍放大，摻鉺光纖放大器是適當?shù)摹Ｔ诹硪环N強度等化方法中，通過將衰減器安裝在發(fā)送第二連續(xù)波20的光纖24中，可以衰減第二連續(xù)波20。
用于將后向散射波28和第二連續(xù)波20的強度相等的最佳方法包括選擇對于第二耦合器26的耦合比，從而后向散射波28和第二連續(xù)波20在等同強度下耦合到輸出光纖33中。適當?shù)鸟詈媳鹊扔诘今詈掀鞯妮斎牍β实牡箶?shù)之比，即1/后向散射功率∶1/連續(xù)功率。例如，如果在到26的輸入處地方后向散射功率是連續(xù)功率的0.1倍，那么耦合比是10∶1。
在設計脈沖發(fā)生器過程中的一個重要考慮是保證不在第二耦合器26的輸出處，在輸出光纖33中激勵布里淵散射。一般，通過增加輸出功率33的布里淵門限高于輸出30的功率電平，可以避免在輸出光纖33中的不必要布里淵散射。實際上，由于輸出波30包括兩個不同頻率分量(對于ECW＝EB)，每個分量需要低于門限功率或者總功率需要低于門限功率的兩倍。
現(xiàn)有技術教導光纖34可以交替地包括標準單模光纖和色散位移單模光纖的部分。交替部分空間地分離自相位調(diào)制和色散效應，而不是在其色散連續(xù)減小的光纖內(nèi)在自相位調(diào)制和群速之間的小局部不平衡。小心地選擇每部分的長度將允許將輸入光正弦波絕熱地壓縮到孤子脈沖串中。預期，比起色散減小光纖，這樣的光纖更加容易制成。很容易獲得組分光纖(component fiber)，而且不難獲得對部分長度的精確控制。對于我們應用很重要的附加優(yōu)點是通過運用單種光纖，在復合光纖(composite fiber)中的布里淵門限功率增加大約3dB。每種光纖的聲子頻譜獨立運作。結果，復合光纖的長度看上去只有一半。
可以增加輸出光纖33的布里淵門限，來通過減小在輸出光纖中的峰值布里淵增益gB，避免不必要的布里淵散射。給出光纖的峰值布里淵增益
其中ΔγP是輸入波的頻譜寬度，和ΔγB是聲能頻譜gP的頻譜寬度，給出峰值布里淵增益系數(shù)
其中，n是折射率，P12是縱向光彈性系數(shù)，po是材料密度和λp是輸入波長。
可從圖7見，通過調(diào)節(jié)輸入波的頻譜寬度，可以控制光纖的布里淵增益。通過使輸入波的頻譜寬度最小，可以獲得大布里淵增益(于是，可從圖1見，小布里淵門限)。對于趨近于零的輸入頻譜寬度，可從等式4見，布里淵增益趨近于峰值布里淵增益系數(shù)。通過比較，當相對于后向散射頻譜輸入頻譜寬度變大時，布里淵增益趨近于零。因此，通過加寬輸入波的頻譜輪廓，可以獲得小布里淵增益。
在本發(fā)明中，在布里淵光纖22中，大布里淵增益是理想的，從而激勵布里淵散射，而且產(chǎn)生強后向散射波，但是在輸出光纖33中大布里淵增益是不理想的，以便避免在輸出光纖33中的SBS。通過將窄頻譜輸入波(第一連續(xù)波18)應用在布里淵光纖22中，部分提供在布里淵光纖22中的大布里淵增益。通過將寬頻譜輸入信號應用在輸出光纖33中，可以提供在輸出光纖33中的小布里淵增益。應用在輸出光纖33中的輸入信號是于后向散射波28耦合的第一連續(xù)波20的耦合器輸出。因為耦合器輸出具有近似于兩個輸入頻譜中的較大者的頻譜輪廓，所以通過提供寬頻譜后向散射波28，可以產(chǎn)生到輸出光纖33中的寬頻譜輸入信號。雖然從等式8可見寬頻譜后向散射波將減小峰值布里淵增益系數(shù)，而且減小在布里淵光纖22中的布里淵增益，但是為了減小發(fā)生在輸出光纖33中的SBS的危險性，忍受在布里淵光纖22中的SBS過程的附加無效率性。
由幾種方法中的一種來完成在輸出光纖中的聲能頻譜的頻譜加寬，其中上述幾種方法包括沿傳播軸的非一致性折射率變化或光纖拉絲張力。在申請序號第60/052,616號(1997年7月15日申請，發(fā)明名稱為抑制在光纖中的受激布里淵散射，已轉讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考資料在此引入)中描述用于控制受激布里淵散射的幾種方法。
還可增加輸出光纖33的布里淵門限，從而通過增加輸出光纖33的有效纖芯或者減小輸出光纖33的交互長度，避免在輸出光纖33中產(chǎn)生SBS。
通過將正弦輸出用于色散減小光纖34(如圖1所示)，可在高重復率下將來自第二耦合器26的穩(wěn)定正弦輸出30轉換成孤子脈沖串。通過在制造過程中使光纖長度的纖芯直徑變細，可以制成色散減小光纖。在本發(fā)明中，通過幾種技術，例如，使纖芯直徑軸向變細或者在玻璃形成過程中軸向改變折射率或者在光纖拉絲過程中軸向改變光纖覆層直徑，可以制成色散減小光纖34。沿著光纖長度z的色散輪廓D(z)是形式D(z)＝D(0)exp(-Az)/(1+Bz)，其中A和B是常數(shù)。選擇這些常數(shù)來滿足兩個條件色散變化率快于在光纖中的光纖衰減率。
以色散長度定標示出的色散變化率較慢。
第一個條件保證當波形沿光纖傳播時將壓縮輸入波形的寬度(在這種情況下，正弦波)。該條件表示已知為自相位調(diào)制的光學非線性強于光學色散。結果，一旦傳播，就產(chǎn)生新頻率分量，它用于使脈沖在時間域中變窄。第二個條件保證在自相位調(diào)制和色散之間的這種不平衡不太大，從而不絕熱地(慢地)發(fā)生壓縮處理。非絕熱壓縮導致跨脈沖的頻率變化(已知為線性調(diào)頻脈沖)，它導致從脈沖(已知為色散波)散發(fā)能量。將脈沖的色散長度定義為色散除以脈沖寬度平方。這是脈沖可以對色散變化作出反應的長度定標。因此，對于逐漸絕熱脈沖寬度變化，應在幾個色散長度范圍內(nèi)發(fā)生色散變化。
對于10Ghz正弦波形，其中在它最大值一半處的全寬度為33ps，輸出光纖33所需的色散長度可以是幾十千米(依賴于光學色散)。對于壓縮孤子脈沖串，這可以是不實際地長的長度。實際上，過去的工作只能示范對于大于20Ghz的頻率的正弦壓縮。然而，由Quiroga-teixeiro等人所著的“通過快速絕熱放大的有效孤子壓縮”(J.Opt.Soc.Am.B，第687頁，第4號，13卷(1996))提出的最近模擬建議通過快速增加分布放大，壓縮在光纖中的一個色散長度內(nèi)是可行的。為了進一步減小壓縮長度，他們建議離散放大的一系列光纖之后緊跟著將較高階孤子模式非線性轉換回成基礎模式的光纖。對于本發(fā)明，這應將壓縮長度減至10千米以下。
通過提供如圖4所示的光纖電路結構，還可以減小輸出光纖22的長度需要。在該結構中，后向散射波28不直接耦合到耦合器26中，如在圖1A-1D所示的結構那樣。取而代之的是，由放大器50放大后向散射波28的輸出，而且輸入到類似地適于第一布里淵光纖22的第二布里淵光纖54，從而在其中激勵布里淵散射?？蓪⒃诘诙祭餃Y光纖54中激勵的后向散射波28a輸入到耦合器26內(nèi)，或者可以放大和輸入到第三布里淵光纖56中。假設布里淵光纖具有類型特種，那么正弦輸出波30的頻率γout可表示為N·γout，其中N是在電路提供的級聯(lián)布里淵光纖的數(shù)量，而γout是輸出波30的頻率，通過將入射波與帶有第一布里淵光纖28的后向散射波28耦合產(chǎn)生上述輸出波30。
還可以壓縮正弦輸出30，來通過將正弦輸出30輸入到光纖光柵脈沖壓縮器來產(chǎn)生孤子脈沖串。通過完全減去壓縮階段，可見本發(fā)明提供高度穩(wěn)定和可控制微波源。
通過時分復用的方法，可將由脈沖發(fā)生器10產(chǎn)生的~10Gbs重復率增加因子N×1OGbs，其中N是整數(shù)。在時分復用中，運用1×N耦合器38劃分~10Gbs脈沖串，如圖5所示。運用長度較短的光纖或在集成光纖平面通道(channel)波導，將每個輸出路徑40延長Tb/N(其中Tb是以皮秒為單位的比特周期)，來交錯脈沖。例如，以~0.2毫米長度獲得1皮秒延遲。例如用來自電光調(diào)制器的數(shù)據(jù)編碼各路徑，而且運用N×1耦合器42來重新組合該路徑。
總之，已描述增加基礎布里淵重復率的兩種方法。第一種通過1×2耦合器級聯(lián)布里淵光纖來在數(shù)據(jù)編碼之前耦合較高重復孤子脈沖串；第二種運用光纖時分復用來劃分、分別數(shù)據(jù)編碼和重新組合通道數(shù)量的技術。
雖然參照特定實施例描述本發(fā)明，但是應理解，應參照所附權利要求書來確定本發(fā)明的構思和范圍。
權利要求
1.一種用于產(chǎn)生孤子脈沖串的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟提供輸入連續(xù)波；激勵輸入波的布里淵散射，它具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率來產(chǎn)生后向散射波，將具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率的連續(xù)波與所述后向散射波耦合來產(chǎn)生正弦輸出波。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，其中所述激勵步驟包括調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的有效纖芯面積來減小所述布里淵光纖的所述布里淵門限的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，而且所述激勵步驟包括調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的有效交互長度來減小所述布里淵光纖的所述布里淵門限的步驟。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，而且所述激勵包括包括調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的溫度來調(diào)節(jié)所述后向散射波的散射波長位移的步驟。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，把所述輸入波輸入到布里淵光纖，而且所述激勵步驟包括調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的聲速來調(diào)節(jié)聲速后向散射波的波長位移的步驟。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，把所述輸入波輸入到布里淵光纖，而且所述激勵步驟包括調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的折射率來調(diào)節(jié)所述后向散射波的波長位移。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括下列步驟向第一耦合器呈現(xiàn)所述輸入連續(xù)波來產(chǎn)生所述輸入波；和在所述第一耦合器的輸出處提供布里淵光纖，所述布里淵光纖適于產(chǎn)生所述后向散射波。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括下列步驟向第一耦合器呈現(xiàn)所述輸入連續(xù)波來產(chǎn)生所述輸入波，由光纖環(huán)行器提供所述第一耦合器；和在所述第一耦合器的輸出處提供布里淵光纖，所述布里淵光纖適于產(chǎn)生所述后向散射波。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括提供用于產(chǎn)生所述后向散射波的布里淵激光器的步驟。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括下列步驟提供用于產(chǎn)生所述后向散射波的布里淵激光器；將所述輸入連續(xù)波用于第一耦合器來產(chǎn)生具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率的布里淵激光器輸入波；將所述布里淵激光器輸入波輸入到布里淵激光器耦合器來產(chǎn)生用于輸入到所述布里淵激光器的所述輸入波。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括提供在級聯(lián)網(wǎng)絡中的多根光纖以及將至少一個所述布里淵光纖的后向散射波用于所述網(wǎng)絡的下一個布里淵光纖的步驟。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括下列步驟在級聯(lián)網(wǎng)絡中提供至少第一和第二布里淵光纖，所述第一布里淵光纖產(chǎn)生第一后向散射波；放大所述第一后向散射波來產(chǎn)生放大的第一后向散射波；向所述第二布里淵光纖呈現(xiàn)所述放大的后向散射波，來產(chǎn)生第二后向散射波。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟提供第三布里淵光纖；和放大所述第二后向散射波并用于所述第三布里淵光纖。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激勵步驟包括下步驟在級聯(lián)網(wǎng)絡中提供至少第一和第二布里淵光纖，所述第一布里淵光纖產(chǎn)生第一后向散射波；放大所述第一后向散射波來產(chǎn)生放大的第一后向散射波；向所述第二布里淵光纖呈現(xiàn)所述放大的第一后向散射波來產(chǎn)生第二后向散射波，其中所述耦合步驟包括將所述輸入連續(xù)波與所述第二后向散射波耦合的步驟。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步驟還包括將所述連續(xù)波的強度等同于所述后向散射波的強度來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的步驟。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步驟還包括將所述連續(xù)波的強度與后向散射波的強度等同來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的步驟，所述等同部分包括放大所述連續(xù)波或所述后向散射波的步驟。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步驟還包括將所述連續(xù)波的強度與所述后向散射波的強度相等來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的步驟，所述等同步驟包括衰減所述連續(xù)波或所述后向散射波的步驟。
18.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步驟還包括將所述連續(xù)波的強度與所述后向散射波的強度等同來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的步驟，其中在耦合器中耦合所述連續(xù)波和所述后向散射波，所述等同步驟包括選擇用于所述耦合器的耦合比的步驟，從而在等同強度情況下耦合所述第二波和所述后向散射波。
19.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述耦合步驟之后阻止所述正弦輸出波的布里淵散射。
20.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述輸出波用于輸出光纖，所述激勵步驟包括加寬所述輸出光纖的聲能頻譜來增加所述輸出光纖的布里淵門限的步驟。
21.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述輸入波用于布里淵光纖，將所述輸出波用于輸出光纖和所述激勵步驟包括改變所述布里淵光纖的拉絲張力的步驟，從而加寬所述布里淵光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
22.如權利要求1時時的方法，其特征在于，將所述輸入波用于布里淵光纖，將所述輸出波用于輸出光纖和所述激勵步驟包括摻雜所述布里淵光纖的步驟，從而加寬所述布里淵光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
23.如權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述輸入波用于布里淵光纖，將所述輸出波用于輸出光纖，和所述激勵步驟包括改變所述布里淵光纖的所述拉絲張力的步驟，從而加寬所述布里淵光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
24.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括壓縮所述正弦輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串的步驟。
25.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括運用適于快速增加分布放大的輸出光纖來壓縮所述正弦輸出波的步驟。
26.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括運用色散減小光纖來壓縮所述正弦輸出波的步驟。
27.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟壓縮所述正弦輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串；把所述孤子脈沖串分成多個扇出脈沖串；時間延遲每個所述脈沖串；對每個所述脈沖串的數(shù)據(jù)進行編碼；重新組合所述多個扇出脈沖串。
28.一種用于產(chǎn)生孤子脈沖串的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于提供輸入連續(xù)波的裝置；用于發(fā)展具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率的輸入波的裝置；用于產(chǎn)生具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率的連續(xù)波的裝置；用于激勵布里淵散射所述輸入波來產(chǎn)生后向散射波的激勵裝置；用于將所述連續(xù)波與所述后向散射波耦合來產(chǎn)生正弦輸出波的耦合裝置。
29.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，和所述激勵裝置包括用于調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的有效纖芯面積來減小所述布里淵光纖的所述布里淵門限的裝置。
30.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，和所述激勵裝置包括用于調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的所述有效交互長度來減小所述布里淵光纖的所述布里淵門限的裝置。
31.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波輸入到具有布里淵門限的布里淵光纖，和所述激勵裝置包括用于調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的溫度來調(diào)節(jié)所述后向散射波的波長位移的裝置。
32.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波輸入到布里淵光纖，和所述激勵裝置包括用于調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的聲速來調(diào)節(jié)所述后向散射波的波長位移的裝置。
33.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波輸入到布里淵光纖，和所述激勵裝置包括用于調(diào)節(jié)所述布里淵光纖的折射率來調(diào)節(jié)所述后向散射波的波長位移的裝置。
34.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括用于根據(jù)所述輸入連續(xù)波產(chǎn)生所述輸入波的第一耦合器裝置；和在所述第一耦合器的輸出處連接的布里淵光纖，所述布里淵光纖適于產(chǎn)生所述后向散射波。
35.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括所述耦合器裝置，用于根據(jù)所述輸入連續(xù)波產(chǎn)生所述輸入波，由光纖環(huán)行器提供所述第一耦合器裝置；和在所述第一耦合器的輸出處連接布里淵光纖，所述布里淵光纖適于產(chǎn)生所述后向散射波。
36.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括用于產(chǎn)生所述后向散射波的布里淵激光器。
37.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括布里淵激光器，用于產(chǎn)生所述后向散射波；第一耦合器裝置，用于產(chǎn)生具有由所述輸入連續(xù)波確定的頻率的布里淵激光器輸入波；和布里淵激光器耦合器，用于根據(jù)所述布里淵激光器輸入波產(chǎn)生所述輸入波來輸入到所述布里淵激光器。
38.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括在級聯(lián)網(wǎng)絡中的多個布里淵光纖，其中把至少一個所述布里淵光纖的后向散射波輸入到所述網(wǎng)絡的下一個布里淵光纖。
39.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述激勵裝置包括在級聯(lián)網(wǎng)絡中的至少第一和第二布里淵光纖，所述第一布里淵光纖產(chǎn)生第一后向散射波；用于放大所述第一后向散射波來產(chǎn)生放大第一后向散射波的裝置，其中向所述第二布里淵光纖呈現(xiàn)所述放大的后向散射波來產(chǎn)生第二后向散射波。
40.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述耦合裝置還包括用于將所述連續(xù)波的強度與所述后向散射波的強度等同來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的裝置。
41.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述耦合裝置還包括用于將所述連續(xù)波的強度與所述后向散射波的強度等同來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的裝置，所述等同裝置包括用于放大所述連續(xù)波或后向散射波的裝置。
42.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述耦合裝置還包括用于將所述連續(xù)波的強度與所述后向散射波的強度等同來產(chǎn)生高質(zhì)量正弦輸出信號的裝置，所述等同裝置包括用于衰減所述連續(xù)波或所述后向散射波的裝置。
43.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括用于阻止布里淵散射散射正弦輸出波的裝置。
44.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括用于接收所述輸出波的輸出光纖，其中所述激勵裝置還包括用于加寬所述輸出光纖的聲能頻譜來增加所述輸出光纖的布里淵門限。
45.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波用于布里淵光纖，把所述輸出波用于輸出光纖，和所述輸出光纖包括不一致性，從而加寬所述輸出光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
46.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波用于布里淵光纖，把所述輸出波用于輸出光纖和摻雜所述布里淵光纖，從而加寬所述布里淵光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
47.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，把所述輸入波用于布里淵光纖，把所述輸出波用于輸出光纖和所述布里淵光纖包括改變拉絲張力的部分，從而加寬所述布里淵光纖的聲能頻譜，從而增加所述輸出光纖的布里淵門限。
48.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括用于加上所述正弦輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串。
49.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，接收所述輸出波的輸出光纖、適于快速增加分布放大的所述輸出光纖，從而所述輸出光纖壓縮所述正弦輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串。
50.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括接收所述輸出波的輸出光纖，所述輸出光纖包括用于壓縮所述輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串的色散減小光纖。
51.如權利要求28所述的裝置，其特征在于，還包括用于壓縮所述正弦輸出波來產(chǎn)生孤子脈沖串的裝置；用于將所述孤子脈沖串分成多個扇出脈沖串的裝置；用于衰減延遲每個所述脈沖串的裝置；用于重新組合所述多個扇出脈沖串的裝置。
52.如權利要求51所述的裝置，其特征在于，還包括用于對至少一個所述扇出脈沖串的數(shù)據(jù)進行編碼。
全文摘要
通過提供輸入連續(xù)波、激勵布里淵散射具有由輸入連續(xù)波的頻率確定的頻率的輸入波來產(chǎn)生后向散射波、耦合具有由輸入連續(xù)波確定的頻率的連續(xù)波和后向散射波來產(chǎn)生正弦輸出信號和壓縮正弦輸出來形成弧子脈沖串,形成弧子脈沖串發(fā)生器。因為后向散射波的波長位移實際上獨立于輸入波長,而且功率耦合第二波和后向散射波導致高度穩(wěn)定和可控制正弦輸出信號。通過運用色散減小光纖或運用另一種脈沖壓縮裝置,提供高度穩(wěn)定和可控制弧子脈沖串。
文檔編號H01S3/30GK1276881SQ98810248
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月15日 優(yōu)先權日1997年10月17日
發(fā)明者A·F·埃文斯, A·J·斯藤茨 申請人:康寧股份有限公司, 羅徹斯特大學