專利名稱：一種可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可對(duì)周期性光脈沖波形整形與 波長(zhǎng)變換的裝置。
背景技術(shù)：
波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的超短脈沖激光器是實(shí)現(xiàn)超高速、大容量全光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)
的一種關(guān)鍵技術(shù)。它在波長(zhǎng)分割復(fù)用(WDM)、光時(shí)間分割復(fù)用(0TDM)、 WDM/0TDM 混合復(fù)用系統(tǒng)以及超高速全光信號(hào)處理方面都有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。目前 高速光通信或光信號(hào)處理領(lǐng)域所采用的超短脈沖激光器按照其結(jié)構(gòu)和材料可以 大致分為兩種類型 一種是基于摻稀土材料光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光器；另一種是 半導(dǎo)體激光器。鎖模光纖激光器輸出的脈沖序列雖然具有一定的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍， 但是其工作穩(wěn)定性差，并且在調(diào)節(jié)其工作波長(zhǎng)的過(guò)程中，由于對(duì)激光器的腔長(zhǎng) 有影響，這就容易造成鎖模光纖激光器的失鎖，引起激光器工作性能惡化，甚 至停止工作；對(duì)于半導(dǎo)體激光器來(lái)講，其工作性能較為穩(wěn)定，但是其波長(zhǎng)可調(diào) 范圍一般都很有限，無(wú)法滿足通信系統(tǒng)應(yīng)用的多波長(zhǎng)可調(diào)輸出的要求，這將會(huì) 限制其應(yīng)用范圍。
隨著超快光學(xué)的發(fā)展，特別是高速光通信系統(tǒng)的普及應(yīng)用，需要對(duì)光脈沖 信號(hào)的形狀和脈沖寬度等特性進(jìn)行精確的控制和調(diào)節(jié)，以滿足各種應(yīng)用情況的 要求。而目前所使用的脈沖激光器的輸出光脈沖信號(hào)波形， 一般都具有固定的 脈沖寬度和形狀，無(wú)法根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)要求需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。這就需要對(duì)脈沖激光 器的輸出光信號(hào)波形進(jìn)行相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)節(jié)或/和信號(hào)波形整形處理。
特別是近年來(lái)，隨著長(zhǎng)途高速光纖通信系統(tǒng)的大量使用，波長(zhǎng)可調(diào)諧、脈 沖寬度可變的脈沖激光器的重要作用已顯得越來(lái)越顯著了。例如，長(zhǎng)途W(wǎng)DM系統(tǒng)可以通過(guò)在發(fā)射端使用有效的可調(diào)脈沖寬度管理方式，實(shí)現(xiàn)其傳輸性能的優(yōu) 化，并顯著增加傳輸距離。另外，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中采用可調(diào)脈沖寬度管理方 式還能有助于系統(tǒng)的升級(jí)換代，有效降低系統(tǒng)的維修和運(yùn)行成本。
而目前的脈沖激光產(chǎn)生技術(shù)不能滿足多種的光脈沖波形、光信號(hào)傳輸速率 與傳輸格式的要求，從而限制了這類超短脈沖激光器的實(shí)際應(yīng)用范圍，尤其是 在迅速發(fā)展的高速大容量光通信領(lǐng)域，因此很有必要提供一種針對(duì)脈沖激光器 輸出的周期性光脈沖序列進(jìn)行光信號(hào)的波形與波長(zhǎng)變換的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，而提供了一種能夠根據(jù)實(shí)際 需要靈活地對(duì)輸出光脈沖信號(hào)的中心波長(zhǎng)進(jìn)行寬范圍連續(xù)調(diào)節(jié)、能夠?qū)饷}沖 信號(hào)的輸出脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)光脈沖信號(hào)波形的整形處理的 可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明為一種可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波 長(zhǎng)變換的裝置，其特殊之處在于所述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換 的裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器和光學(xué) 反饋回路；短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；半導(dǎo)體光放大器接入光學(xué)頻譜 分量信號(hào)選擇器；光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器通過(guò)光學(xué)反饋回路接入半導(dǎo)體光放 大器。
上述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第一光纖耦合 器，短脈沖激光器通過(guò)第一光纖耦合器接入半導(dǎo)體光放大器。
上述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第一光隔離器， 光纖耦合器通過(guò)第一光隔離器接入半導(dǎo)體光放大器。
上述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第二光隔離器， 所述半導(dǎo)體光放大器通過(guò)第二光隔離器接入光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器。
上述光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器包括第一光帶通濾波器、摻鉺光纖放大器和
4第二光纖耦合器，光帶通濾波器接入摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器通過(guò)第 二光纖耦合器接入光學(xué)反饋回路。
上述光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器還包括第二光帶通濾波器，所述摻鉺光纖放 大器通過(guò)第二光帶通濾波器接入第二光纖耦合器。
上述光學(xué)反饋回路為可調(diào)光延遲線。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 能夠靈活地對(duì)輸出光脈沖信號(hào)的中心波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明將重復(fù)頻率 為/,的周期性光脈沖序列輸入到半導(dǎo)體光放大器(soa)中，對(duì)其增益介質(zhì)產(chǎn) 生調(diào)制。在此影響下，半導(dǎo)體光放大器的寬光譜自發(fā)輻射噪聲信號(hào)也被調(diào)制。 然后利用一個(gè)光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器對(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的自發(fā)輻射噪聲信號(hào)進(jìn)行 濾波處理，挑選出所需波長(zhǎng)義。",的光譜分量，再通過(guò)一個(gè)光學(xué)反饋回路將它注入 到半導(dǎo)體光放大器中。該反饋信號(hào)進(jìn)入到半導(dǎo)體光放大器之后將會(huì)被再次放大 增強(qiáng)，以補(bǔ)償系統(tǒng)反饋回路損耗和脈沖輸出所造成的衰減。通過(guò)精確調(diào)節(jié)光延 遲線的延遲，使得輸入光脈沖序列的重復(fù)頻率為所形成環(huán)形回路自身振蕩頻率 周期的整數(shù)倍，反饋信號(hào)和內(nèi)部的調(diào)制光信號(hào)相互作用，形成類似環(huán)型腔鎖模
激光器的振蕩模式，從而在半導(dǎo)體光放大器的輸出端獲得重復(fù)頻率為y;、中心 波長(zhǎng)為l,的穩(wěn)定的光脈沖序列，并且被轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)中心波長(zhǎng)&,數(shù)值是可以 根據(jù)需要由光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器在soa自發(fā)輻射噪聲的寬光譜范圍內(nèi)進(jìn)行
靈活設(shè)定的。
2、 可以對(duì)輸出光脈沖信號(hào)的脈沖波形進(jìn)行整形處理。本發(fā)明通過(guò)精密調(diào)節(jié) 光延遲線，改變整個(gè)裝置的腔長(zhǎng)，從而改變反饋信號(hào)與原始外部注入光脈沖周 期性信號(hào)之間的不同的時(shí)間延遲，可以獲得不同形狀的輸出光脈沖序列，包括 超短脈沖輸出和方波脈沖輸出。通過(guò)調(diào)節(jié)精密光延遲線可以實(shí)現(xiàn)不同脈沖波形 輸出的在線轉(zhuǎn)換。
3、 可對(duì)光脈沖信號(hào)脈沖光/方波的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明還可以通變半導(dǎo)體光放大器的注入電流值達(dá)到對(duì)自發(fā)輻射噪聲信號(hào)的強(qiáng)度以及半導(dǎo)體光 放大器的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的，能影響輸出端經(jīng)過(guò)了轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)的脈沖寬 度或者方波脈沖的占空比。同時(shí)，外部脈沖信號(hào)的輸入功率也能影響輸出光脈 沖或方波脈沖的脈沖寬度。通過(guò)綜合調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器的注入電流和外部脈 沖信號(hào)的注入功率，可以獲得在較寬范圍內(nèi)光脈沖或方波脈沖的脈沖寬度調(diào)節(jié)。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明調(diào)節(jié)濾波器的中心波長(zhǎng)得到的不同轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的脈沖序列圖； 圖4為本發(fā)明在半導(dǎo)體光放大器4的不同注入電流下方波脈沖輸出圖； 圖5為方波脈沖脈沖寬度隨外部注入脈沖功率的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括短脈沖激光器1、半導(dǎo)體光放大器4 (SOA)、光學(xué)頻 譜分量信號(hào)選擇器11和光學(xué)反饋回路10;短脈沖激光器1接入半導(dǎo)體光放大器
4;半導(dǎo)體光放大器4接入光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器11;光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇
器11通過(guò)光學(xué)反饋回路10接入半導(dǎo)體光放大器4，短脈沖激光器1負(fù)責(zé)產(chǎn)生重
復(fù)頻率為/,的周期性光脈沖序列，并將該周期性光脈沖序列傳送于半導(dǎo)體光放
大器4;半導(dǎo)體光放大器4對(duì)重復(fù)頻率為/,的周期性光脈沖序列的增益介質(zhì)產(chǎn)生 調(diào)制，并傳送于光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器ll;光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器ll對(duì)經(jīng) 過(guò)調(diào)制后的自發(fā)輻射噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，挑選出所需波長(zhǎng)4w的光譜分量， 再通過(guò)一個(gè)光學(xué)反饋回路10將它注入到半導(dǎo)體光放大器4中。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)包括依次順序接入的短脈沖激光器1、 第一光纖耦合器2、第一光隔離器3、半導(dǎo)體光放大器4 (SOA)、第二光隔離器 5、第一光帶通濾波器6、摻鉺光纖放大器7、第一光帶通濾波器8和第二光纖 耦合器9，第二光纖耦合器9通過(guò)光學(xué)反饋回路10接入半導(dǎo)體光放大器4。其
6中第一光帶通濾波器6、摻鉺光纖放大器7、第一光帶通濾波器8和第二光纖耦 合器9構(gòu)成光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器11。光學(xué)反饋回路10具體可采用高精度可 調(diào)光延遲線，通過(guò)精確調(diào)節(jié)高精度可調(diào)光延遲線10的延遲長(zhǎng)度，以調(diào)節(jié)反饋信 號(hào)中與輸入脈沖的相對(duì)延時(shí)時(shí)間，從而可以在變換信號(hào)的輸出端獲取方波或者 超短脈沖變換光輸出，改變半導(dǎo)體光放大器4的注入電流(改變?cè)鲆?或者改 變外部輸入信號(hào)的輸入功率，可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈沖寬度。為了減少系統(tǒng)反 向的反射信號(hào)對(duì)整個(gè)變換器穩(wěn)定性及其變換性能的影響，本發(fā)明在半導(dǎo)體光放 大器4的兩側(cè)分別加了增加了一只光隔離器，即第一光隔離器3和第二光隔離 器5，以確保在腔內(nèi)光沿要求方向進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明的短脈沖激光器1具體可采用一個(gè)重復(fù)頻率為10GHz，脈沖寬度為 1.5ps的半導(dǎo)體主動(dòng)鎖模激光器產(chǎn)生的鎖模激光脈沖作為本發(fā)明的外部輸入信 號(hào)。本發(fā)明不局限于該種激光器，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其它脈沖寬度的同重復(fù)頻率的激光 脈沖可以作為本發(fā)明的外部輸出信號(hào)，可以達(dá)到同樣的效果。通過(guò)綜合調(diào)節(jié)該 變換器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該輸入脈沖的波長(zhǎng)變換、脈寬調(diào)節(jié)及波形整形等處理，該 輸入脈沖序列的中心波長(zhǎng)位于1551nm， 3dB光譜寬度為約2nm。將該鎖模脈沖 光序列通過(guò)一個(gè)分光比為50: 50、 3dB的第一光纖耦合器2的一個(gè)輸入端口， 輸入到本發(fā)明的裝置中。該光脈沖經(jīng)過(guò)第一光隔離器3，然后進(jìn)入到半導(dǎo)體光放 大器4 (CIP公司)中。由于半導(dǎo)體光放大器4中存在交叉增益調(diào)制、交叉相位 調(diào)制和交叉增益飽和效應(yīng)等非線性現(xiàn)象，輸入的超短激光脈沖會(huì)對(duì)半導(dǎo)體光放 大器4的增益介質(zhì)進(jìn)行調(diào)制，改變其增益大小及增益介質(zhì)的折射率，從而對(duì)其 自發(fā)輻射噪聲譜也產(chǎn)生時(shí)域調(diào)制。半導(dǎo)體光放大器4的輸出光(包括放大的原 輸入光和半導(dǎo)體光放大器4的自發(fā)輻射噪聲信號(hào))在經(jīng)過(guò)第二光隔離器5之后， 被一個(gè)3dB帶寬為1.4nm的第一光帶通濾波器6濾出濾波器的中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的 一部分噪聲分量，選擇部分受到信號(hào)調(diào)制的自發(fā)輻射信號(hào)，并阻擋輸入的信號(hào) 光。第一光帶通濾波器6的其中心波長(zhǎng)可以在1530~1570nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。濾波器的帶寬限定了該系統(tǒng)的帶寬。其帶寬對(duì)轉(zhuǎn)換脈沖的上升沿、下降沿以及 直接輸入脈沖的寬度有影響。由于濾波器的插損較大，需要利用摻鉺光纖放大
器(EDFA) 7將其輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償濾波器所帶來(lái)的額外的功率損失。 同時(shí)為了消除摻鉺光纖放大器7所加入的自發(fā)輻射噪聲，利用第二光帶通濾波 器8，消除部分噪聲信號(hào)，增加信號(hào)的信噪比，獲得更好的信號(hào)質(zhì)量。其輸出信 號(hào)，利用第二光纖耦合器9取出其中的一部分光能量作為本發(fā)明裝置的輸出； 另一部分，通過(guò)一個(gè)高精度可調(diào)光延遲線10反饋回半導(dǎo)體光放大器4的輸入端， 形成反饋回路。該高精度可調(diào)光延遲線10的作用是精確的控制腔長(zhǎng)，從而可以 使外部注入脈沖的重復(fù)頻率與所形成反饋腔長(zhǎng)度做決定的基頻的倍數(shù)相等，從 而可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的變換輸出脈沖。通過(guò)精確的調(diào)節(jié)延時(shí)大小，使反饋信號(hào)與輸 入的脈沖具有特定的時(shí)間關(guān)系，從而可以實(shí)現(xiàn)方波脈沖輸出或者波長(zhǎng)變換輸出。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)第一光帶通濾波器6和第二光帶通濾波器8的中 心波長(zhǎng)，可以獲得在其調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任意波長(zhǎng)脈沖的連續(xù)調(diào)節(jié)，圖3a為濾波器 中心波長(zhǎng)1530nm時(shí)的脈沖序列圖，圖3b為濾波器中心波長(zhǎng)1540nm時(shí)的脈沖 序列圖，圖3c為濾波器中心波長(zhǎng)1550nm時(shí)的脈沖序列圖，圖3d為濾波器中心 波長(zhǎng)1560nm時(shí)的脈沖序列圖。
改善濾波器的濾波性能，可以提高本發(fā)明的變換效果。例如增加濾波器的 濾波帶寬，可以對(duì)具有更短上升時(shí)間的脈沖光的波長(zhǎng)變換。通過(guò)增加濾波器的 波長(zhǎng)可調(diào)寬度，可以增加轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換帶寬長(zhǎng)度。
參見(jiàn)圖4，在將脈沖轉(zhuǎn)換到任意波長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)改變外部注入脈沖的功率或者 調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器4的注入電流大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖寬度的調(diào)節(jié)。在 將脈沖轉(zhuǎn)換到任意波長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)精確的調(diào)節(jié)高精度可調(diào)光延遲線10的延遲時(shí)間， 可以得到方波或者脈沖的輸出，圖4給出了濾波器中心波長(zhǎng)為1532nm情況下， 反饋為lmW，調(diào)節(jié)光延時(shí)線的延遲時(shí)間，所得到方波輸出。調(diào)節(jié)SOA注入的 電流，得到的可調(diào)占空比方波脈沖輸出。圖4a為SOA的注入電流為75mA時(shí),輸出脈沖寬度為44.91ps，圖4b為SOA的注入電流為130mA時(shí)，輸出脈沖寬度 為63.56ps，圖4c為SOA的注入電流為160mA時(shí)，輸出脈沖寬度為70.03ps，， 圖4d為SOA的注入電流為300mA時(shí)，輸出脈沖寬度為78.65ps。
參見(jiàn)圖5，通過(guò)調(diào)節(jié)電流，可以實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的方波序列連續(xù)調(diào)節(jié)輸出。 另外，改變輸入信號(hào)的功率也可以調(diào)節(jié)輸出方波序列的脈沖寬度。通過(guò)綜合調(diào) 節(jié)外部注入光功率已經(jīng)SOA的注入電流，可以獲得得到最小占空比為26%，最 大占空比為79%的方波轉(zhuǎn)換輸出。
權(quán)利要求
1、一種可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置，其特征在于所述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器和光學(xué)反饋回路；所述短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；所述半導(dǎo)體光放大器接入光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器；所述光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器通過(guò)光學(xué)反饋回路接入半導(dǎo)體光放大器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置， 其特征在于所述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第一光 纖耦合器，所述短脈沖激光器通過(guò)第一光纖耦合器接入半導(dǎo)體光放大器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置， 其特征在于所述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第一光 隔離器，所述光纖耦合器通過(guò)第一光隔離器接入半導(dǎo)體光放大器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置， 其特征在于所述可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置還包括第二光 隔離器，所述半導(dǎo)體光放大器通過(guò)第二光隔離器接入光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng) 變換的裝置，其特征在于所述光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器包括第一光帶通濾波 器、摻鉺光纖放大器和第二光纖耦合器，所述光帶通濾波器接入摻鉺光纖放大 器，所述摻鉺光纖放大器通過(guò)第二光纖耦合器接入光學(xué)反饋回路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置， 其特征在于所述光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器還包括第二光帶通濾波器，所述摻鉺光纖放大器通過(guò)第二光帶通濾波器接入第二光纖耦合器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置，其特征在于所述光學(xué)反饋回路為可調(diào)光延遲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置，該裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器和光學(xué)反饋回路；短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；半導(dǎo)體光放大器接入光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器；光學(xué)頻譜分量信號(hào)選擇器通過(guò)光學(xué)反饋回路接入半導(dǎo)體光放大器。本發(fā)明提供了一種能夠根據(jù)實(shí)際需要靈活地對(duì)輸出光脈沖信號(hào)的中心波長(zhǎng)進(jìn)行寬范圍連續(xù)調(diào)節(jié)、能夠?qū)饷}沖信號(hào)的輸出脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)光脈沖信號(hào)波形的整形處理的可對(duì)周期性光脈沖波形整形與波長(zhǎng)變換的裝置。
文檔編號(hào)H04B10/18GK101557261SQ20081001792
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者延雙毅, 張建國(guó), 衛(wèi) 趙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所