CN217060716U - 相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，涉及激光技术领域。该级联的基于受激布里渊散射光频率梳产生装置，包括：可控间隔双波长产生模块、SBS光频率梳产生模块A、SBS光频率梳产生模块B和合束模块，本实用新型还提供了基于受激布里渊散射的光频率梳产生方法，包括：S1、DFB激光器产生单频激光，该单频激光经过相位调制器，受到正弦信号的相位调制后，形成梳状光谱，基于光频率梳A的最后一个激光波长即是光频率梳B的泵浦光波长，光频率梳A和光频率梳B能进行无缝衔接，构建组合的光频率梳。构建可无缝衔接的光频率梳组，并进行组合，获得了平坦且宽带的光频率梳，大幅增加光频率梳梳齿个数。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，特别的为相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置。
背景技术
光学频率梳是一种多波长、等频率间隔的激光光源，具有梳状光谱。光频率梳作为多载波激光光源，载波之间具有很好的相干性，在高速通信、任意波形产生、激光测距、THz产生光谱精密测量、光学时钟等相关领域都有着重要的应用。
光频梳主要产生方法包括：基于锁模激光器的光学频率梳的产生方法；基于电光调制的光频梳的产生方法；基于非线性效应的光频梳的产生方法。对于基于锁模激光器的光频梳产生方案，平坦度需要进一步提升，以满足进一步的应用需要，且其频率梳的间隔不可调；对于基于电光调制的光频梳产生方案，平坦度较好，但产生的光频梳的梳齿个数有限，难以满足应用需求；对基于光纤非线性效应的光频梳产生方案，在平坦度和相干性方面还需要进一步的探索和研究。
南京航空航天大学的毕业论文《光学频率梳的产生及其在微波光子学中的应用》中指出传统的基于受激布里渊散射的光频梳产生方案，通常需要对斯特克斯波进行放大来获得更高阶的斯特克斯波，而光放大器的放大能力有限，使得产生的光频梳的梳齿个数有限，且传统方案中容易产生腔模形成干扰。针对传统方案，通过引入斯特克斯循环回路，使得斯特克斯波在构建的环路里不断循环同时和泵浦波相互作用，增加了色散位移光纤(DSF)的有效长度Leff，从而降低受激布里渊散射(SBS)的阈值。该方案有效地降低了色散位移光纤的受激布里渊散射阈值，提高了泵浦光的转化效率，增加了产生的光频率梳的梳齿个数，提升了平坦度。要获得高阶的斯托克斯波，低一阶的斯托克斯波必须被充分放大且要超过SBS的阈值，而掺铒光纤放大器(EDFA)的放大能力是有限的，因此产生光频梳的梳齿个数将受限于EDFA的放大能力，的方案虽然增加了梳齿数，但同样存在梳齿个数较少的问题。
实用新型内容
本实用新型提供的实用新型目的在于提供相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，解决上述背景技术中的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，包括：可控间隔双波长产生模块、SBS光频率梳产生模块A、SBS光频率梳产生模块B和合束模块；
所述可控间隔双波长产生模块实现双波长激光的产生；
所述SBS光频率梳产生模块A基于SBS实现光频率梳的产生；
所述SBS光频率梳产生模块B基于SBS实现光频率梳的产生；
所述合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。
进一步的，所述可控间隔双波长产生模块包括：DFB激光器、相位调制器、信号发生器、射频放大器、EDFA-1、环形器－1、FBG-1、环形器－2和FBG-2，所述DFB激光器输出单频激光，经相位调制器受到正弦信号调制，形成梳状光谱，随后进入所述EDFA-1进行放大，之后注入所述环形器－1的端口1，从所述环形器－1的端口2输出所述到FBG-1，所述FBG-1将梳状光谱的一个频率成分反射回所述环形器－1，并从所述环形器－1的端口3输出，而其余频率成分通过所述FBG-1注入所述环形器－2的端口1，从所述环形器－2的端口2输出到所述FBG-2，所述FBG-2将梳状光谱的另一个频率成分反射回所述环形器－2，并从所述环形器－2的端口3输出，所述信号发生器产生正弦频率信号，并经所述射频放大器放大后，作用到所述相位调制器上。
进一步的，所述SBS光频率梳产生模块A包括光学耦合器－1、EDFA-2、环形器－3、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、光纤耦合器－3和隔离器－1，所述光纤耦合器－1为50/50光纤耦合器，所述光纤耦合器－1分束端的一个50％端作为输入端，所述光纤耦合器－1的一个端口连接到所述环形器－1的端口3，所述光纤耦合器－1的另一个50％端连接所述EDFA-2的输出端，所述光纤耦合器－1的合束端连接到所述环形器－3的端口1，所述环形器－3的端口2连接到所述高非线性光纤－1，所述环形器－3的端口3连接到所述光纤耦合器－2的合束端，所述光纤耦合器－2的输出分为两束，所述光纤耦合器－2小的一束端连接到所述EDFA-2的输入端，所述光纤耦合器－2大的分束端连接到所述光纤耦合器－3的合束端，所述光纤耦合器－3的小分束端连接到所述隔离器－1的输入端，所述光纤耦合器－3的大的分束则连接到所述光纤耦合器－7的合束端，所述隔离器－1的输出端则连接到所述高非线性光纤－1。
进一步的，所述波SBS光频率梳产生模块B包括光学耦合器－4、EDFA-3、环形器－4、高非线性光纤－3、光纤耦合器－5、光纤耦合器－6和隔离器－2，所述光纤耦合器－4为50/50光纤耦合器，所述光纤耦合器－4的分束端的一个50％端作为输入端，所述光纤耦合器－4的输入端连接到所述环形器－1的端口3，所述光纤耦合器－4的另一个50％端连接所述EDFA-3的输出端，所述光纤耦合器－5的合束端连接到所述环形器－4的端口1，所述环形器－4的端口2连接到所述高非线性光纤－2，所述环形器－4的端口3连接到所述光纤耦合器－5的合束端，所述光纤耦合器－5的输出分为两束，所述光纤耦合器－5小的一束连接到所述EDFA-3的输入端，所述光纤耦合器－5大的分束连接到所述光纤耦合器－6的合束端，所述光纤耦合器－6的较小分束端连接到所述隔离器－2的输入端，所述光纤耦合器－6大的分束则连接到所述可调光衰减器的输入端，所述隔离器－1的输出则连接到高非线性光纤－1。
进一步的，所述合束模块包括：可调光衰减器和光纤耦合器－7，所述可调光衰减器的输入端连接到所述光纤耦合器－6的较大分束端，所述可调光衰减器的输出端连接到所述光纤耦合器－7的分束端之一，所述光纤耦合器－7的另一分束端连接到所述光纤耦合器－3的较大分束端，所述光纤耦合器－7的合束端作为输出端。
进一步的，所述信号发生器产生正弦信号，信号频率为高非线性光纤的SBS频率间隔的整数倍。
进一步的，所述光纤耦合器－1、光纤耦合器－4和光纤耦合器－7的分束比为50:50。
进一步的，所述光纤耦合器2、光纤耦合器3、光纤耦合器5和光纤耦合器6的分束比为10:90-30:70。
进一步的，所述FBG-1和FBG-2均为窄带光纤光栅，反射带宽不大于SBS频率间隔的3倍，FBG-1和FBG-2的反射范围覆盖相位调制器产生的梳状光谱中的一个。
本实用新型提供了相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置。具备以下有益效果：
通过产生具有特定频率的正弦信号，并利用正弦相位调制技术获得具有稳定频率间隔(且频率间隔为SBS效应频率间隔的整数倍)的双波长激光，两路波长的激光分别注入一个SBS光频率梳产生模块，利用SBS效应产生光频率梳A和光频率梳B，通过控制EDFA的增益并对光衰减器进行调节，获得两组幅度相近的光频率梳，基于光频率梳A的最后一个激光波长即是光频率梳B的泵浦光波长，光频率梳A和光频率梳B能进行无缝衔接，构建组合的光频率梳。构建可无缝衔接的光频率梳组，并进行组合，获得了平坦且宽带的光频率梳，大幅增加光频率梳梳齿个数。
附图说明：
图1为本实用新型的光路原理图；
图2为本实用新型的中相位调制后的梳状光谱图；
图3为本实用新型的光频率梳示意图。
具体实施方式
如图1-3所示：相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，包括：
可控间隔双波长产生模块、SBS光频率梳产生模块A、SBS光频率梳产生模块B和合束模块。光路原理图见图1。
可控间隔双波长产生模块实现双波长激光的产生，该模块包括DFB激光器、相位调制器、信号发生器、射频放大器、掺铒光纤放大器－1(即EDFA-1)、环形器－1、布拉格光栅－1(即FBG-1)、环形器－2、布拉格光栅－2(即FBG-2)，其中DFB激光器输出单频激光，经相位调制器受到正弦信号调制，形成梳状光谱，随后进入EDFA-1进行放大，之后注入环形器－1的端口1，从环形器－1的端口2输出到FBG-1，FBG-1将梳状光谱的一个频率成分反射回环形器－1，并从环形器－1的端口3输出，而其余频率成分通过FBG-1注入环形器－2的端口1，从环形器－2的端口2输出到FBG-2，FBG-2将梳状光谱的另一个频率成分反射回环形器－2，并从环形器－2的端口3输出；信号发生器产生正弦频率信号，并经射频放大器放大后，作用到相位调制器上。
SBS光频率梳产生模块A基于SBS实现光频率梳的产生，该模块包括光学耦合器－1、EDFA-2、环形器－3、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、光纤耦合器－3、隔离器－1，其中光纤耦合器－1为50/50光纤耦合器，其分束端的一个50％端作为输入，连接到环形器－1的端口3，另一个50％端连接EDFA-2的输出端，光纤耦合器－1的合束端连接到环形器－3的端口1，环形器－3的端口2连接到高非线性光纤－1，环形器－3的端口3连接到光纤耦合器－2的合束端，光纤耦合器－2的输出分为两束，其中较小的一束连接到EDFA-2的输入端，较大的分束连接到光纤耦合器－3的合束端；光纤耦合器－3的较小分束端连接到隔离器－1的输入，较大的分束则连接到光纤耦合器－7的合束端，而隔离器－1的输出则连接到高非线性光纤－1。
SBS光频率梳产生模块B基于SBS实现光频率梳的产生，该模块包括光学耦合器－4、EDFA-3、环形器－4、高非线性光纤－3、光纤耦合器－5、光纤耦合器－6、隔离器－2，其中光纤耦合器－4为50/50光纤耦合器，其分束端的一个50％端作为输入，连接到环形器－1的端口3，另一个50％端连接EDFA-3的输出端，光纤耦合器－5的合束端连接到环形器－4的端口1，环形器－4的端口2连接到高非线性光纤－2，环形器－4的端口3连接到光纤耦合器－5的合束端，光纤耦合器－5的输出分为两束，其中较小的一束连接到EDFA-3的输入端，较大的分束连接到光纤耦合器－6的合束端；光纤耦合器－6的较小分束端连接到隔离器－2的输入，较大的分束则连接到可调光衰减器的输入端，而隔离器－1的输出则连接到高非线性光纤－1。
合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。合束模块包括可调光衰减器和光纤耦合器－7，其中可调光衰减器的输入端连接到光纤耦合器－6的较大分束端，可调光衰减器的输出端连接到光纤耦合器－7的分束端之一，光纤耦合器－7的另一分束端连接到光纤耦合器－3的较大分束端，光纤耦合器－7的合束端作为输出端。
高非线性光纤为色散位移光纤，其SBS频率间隔为9.5GHz。
信号发生器产生正弦信号，信号频率为高非线性光纤的SBS频率间隔的3倍，即28.5GHz，射频放大器将正弦信号进行放大，经相位调制器对激光进行相位调制。
光器件均为保偏光纤器件。
光纤耦合器－1、光纤耦合器－4、光纤耦合器－7的分束比为50:50。
相位调制器为铌酸锂波导相位调器，调制带宽大于30GHz。
光纤耦合器2、光纤耦合器5的分束比为20:80，光纤耦合器3、光纤耦合器6的分束比为10:90。
DFB的中心波长为1553nm，FBG为窄带光纤光栅，反射带宽0.2nm，FBG-1的中心波长为1552.8nm，FBG-2的中心波长为1553.2nm。
具体的：
DFB输出激光经相位调制后，在调制深度m＝2.2情况下，得到梳状光谱展宽，如图2所示。图中，横坐标为光波长，单位为nm，纵坐标为光谱强度，单位为a.u.，FBG-1及FBG-2对激光λ1及激光λ2进行反射，从而获得中心波长间隔为6倍SBS频率间隔的两路激光，激光λ1注入SBS光频率梳产生模块A，经光纤耦合器－1及环形器－3到达高非线性光纤－1(色散位移光纤)，在色散位移光纤中激发SBS效应，形成反向斯特克斯(Stokes)光，该反向斯特克斯光从环形器－3的端口2进入，端口3输出，经光纤耦合器－2到达EDFA-2进行放大，放大后的斯特克斯光再次经经光纤耦合器－1及环形器－3到达色散位移光纤，并激发下一阶斯特克斯光。通过控制EDFA-2的增益，可以激发6阶斯特克斯光，从而获得光频率梳A。光频率梳A的示意见图3，激光λ2注入SBS光频率梳产生模块B，经光纤耦合器－4及环形器－4到达高非线性光纤－2(色散位移光纤)，在色散位移光纤中激发SBS效应，形成反向斯特克斯(Stokes)光，该反向斯特克斯光从环形器－4的端口2进入，端口3输出，经光纤耦合器－5到达EDFA-3进行放大，放大后的斯特克斯光再次经光纤耦合器－4及环形器－4到达色散位移光纤，并激发下一阶斯特克斯光。通过控制EDFA-3的增益，可以激发多阶斯特克斯光，从而获得光频率梳B。光频率梳B的示意见图3，光频率梳A与光频率梳B通过合束模块进行合束，通过调整光衰减器使两者幅度相近，合束后得到组合光频率梳C。组合光频率梳见图3。
以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于，包括：可控间隔双波长产生模块、SBS光频率梳产生模块A、SBS光频率梳产生模块B和合束模块；
所述可控间隔双波长产生模块实现双波长激光的产生；
所述SBS光频率梳产生模块A基于SBS实现光频率梳的产生；
所述SBS光频率梳产生模块B基于SBS实现光频率梳的产生；
所述合束模块将SBS光频率梳产生模块A和SBS光频率梳产生模块B产生的光频率梳进行合束，并调节平衡两者间的光功率差异，实现高平坦的合并的光频率梳输出。
2.根据权利要求1所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述可控间隔双波长产生模块包括：DFB激光器、相位调制器、信号发生器、射频放大器、EDFA-1、环形器－1、FBG-1、环形器－2和FBG-2，所述DFB激光器输出单频激光，经相位调制器受到正弦信号调制，形成梳状光谱，随后进入所述EDFA-1进行放大，之后注入所述环形器－1的端口1，从所述环形器－1的端口2输出所述FBG-1，所述FBG-1将梳状光谱的一个频率成分反射回所述环形器－1，并从所述环形器－1的端口3输出，而其余频率成分通过所述FBG-1注入所述环形器－2的端口1，从所述环形器－2的端口2输出到所述FBG-2，所述FBG-2将梳状光谱的另一个频率成分反射回所述环形器－2，并从所述环形器－2的端口3输出，所述信号发生器产生正弦频率信号，并经所述射频放大器放大后，作用到所述相位调制器上。
3.根据权利要求2所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述SBS光频率梳产生模块A包括光学耦合器－1、EDFA-2、环形器－3、高非线性光纤－1、光纤耦合器－2、光纤耦合器－3和隔离器－1，所述光纤耦合器－1为50/50光纤耦合器，所述光纤耦合器－1分束端的一个50％端作为输入端，所述光纤耦合器－1的一个端口连接到所述环形器－1的端口3，所述光纤耦合器－1的另一个50％端连接所述EDFA-2的输出端，所述光纤耦合器－1的合束端连接到所述环形器－3的端口1，所述环形器－3的端口2连接到所述高非线性光纤－1，所述环形器－3的端口3连接到所述光纤耦合器－2的合束端，所述光纤耦合器－2的输出分为两束，所述光纤耦合器－2小的一束端连接到所述EDFA-2的输入端，所述光纤耦合器－2大的分束端连接到所述光纤耦合器－3的合束端，所述光纤耦合器－3的小分束端连接到所述隔离器－1的输入端，所述光纤耦合器－3的大的分束则连接到所述光纤耦合器－7的合束端，所述隔离器－1的输出端则连接到所述高非线性光纤－1。
4.根据权利要求3所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述SBS光频率梳产生模块B包括光学耦合器－4、EDFA-3、环形器－4、高非线性光纤－3、光纤耦合器－5、光纤耦合器－6、隔离器－2和可调光衰减器，所述光纤耦合器－4为50/50光纤耦合器，所述光纤耦合器－4的分束端的一个50％端作为输入端，所述光纤耦合器－4的输入端连接到所述环形器－1的端口3，所述光纤耦合器－4的另一个50％端连接所述EDFA-3的输出端，所述光纤耦合器－5的合束端连接到所述环形器－4的端口1，所述环形器－4的端口2连接到所述高非线性光纤－2，所述环形器－4的端口3连接到所述光纤耦合器－5的合束端，所述光纤耦合器－5的输出分为两束，所述光纤耦合器－5小的一束连接到所述EDFA-3的输入端，所述光纤耦合器－5大的分束连接到所述光纤耦合器－6的合束端，所述光纤耦合器－6的较小分束端连接到所述隔离器－2的输入端，所述光纤耦合器－6大的分束则连接到所述可调光衰减器的输入端，所述隔离器－1的输出则连接到高非线性光纤－1。
5.根据权利要求1所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述合束模块包括：可调光衰减器和光纤耦合器－7，所述可调光衰减器的输入端连接到所述光纤耦合器－6的较大分束端，所述可调光衰减器的输出端连接到所述光纤耦合器－7的分束端之一，所述光纤耦合器－7的另一分束端连接到所述光纤耦合器－3的较大分束端，所述光纤耦合器－7的合束端作为输出端。
6.根据权利要求2所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述信号发生器产生正弦信号，信号频率为高非线性光纤的SBS频率间隔的整数倍。
7.根据权利要求5所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述光纤耦合器－1、光纤耦合器－4和光纤耦合器－7的分束比为50:50。
8.根据权利要求4所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述光纤耦合器2、光纤耦合器3、光纤耦合器5和光纤耦合器6的分束比为10:90-30:70。
9.根据权利要求2所述的相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置，其特征在于：所述FBG-1和FBG-2均为窄带光纤光栅，反射带宽不大于SBS频率间隔的3倍，FBG-1和FBG-2的反射范围覆盖相位调制器产生的梳状光谱中的一个。
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| CN113568240A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-29 | 四川橙科通信技术研究院有限责任公司 | 相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生方法及装置 |
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| CN113568240A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-29 | 四川橙科通信技术研究院有限责任公司 | 相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生方法及装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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