主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統的製作方法

2023-04-28 10:46:27 1

本發明屬於光通信器件的技術領域，特別涉及一種主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統。

背景技術：

國民經濟發展迅速，資訊時代已經到來，光纖通信技術已滲透到各種通信與信息網絡中。光纖雷射器是光纖通信的理想光源，與傳統的固體雷射器相比具有許多優勢，近年來得到了廣泛的研究。光纖雷射器中的鎖模光纖雷射器是光通信系統中脈衝光源的理想選擇。

鎖模光纖雷射器常見的結構有主動鎖模和被動鎖模光纖雷射器。其中主動鎖模光纖雷射器輸出脈衝寬度窄、頻率啁啾小且頻率可調諧，因而在超高速光纖通信中有很大的應用前景。

與本發明最接近的現有技術是如附圖2所示的主動鎖模光纖雷射器系統，正弦電壓信號作用於鈮酸鋰(linbo3)調製器，調製器將產生周期性的相位變化或是損耗，周期性的變化作用於諧振腔內循環的脈衝，它們之間的相互影響使得產生鎖模序列。linbo3調製器是偏振敏感的，通常在調製器前放置一個偏振控制器來調節調製器的光場偏振態。中心波長通過可調諧濾波器進行調節。

但主動鎖模光纖雷射器輸出雷射的光譜比較窄，很難得到超窄脈衝，而且主動鎖模光纖雷射器的腔長一般都較長，容易受到外界的影響，導致其穩定性較差。

被動鎖模光纖雷射器結構簡單、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，可以產生最短的光學脈衝，但其輸出脈衝重複頻率的穩定性差，不能外界調控。

綜上所述，目前現有的主動或被動鎖模光纖雷射器系統均各自存在固有的缺點，尤其由於現有鎖模光纖雷射器系統中沒有採取有效的自動控制，使得輸出光脈衝的穩定性較差。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，克服背景技術中鎖模光纖雷射器存在的缺點，提供一種主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統，以產生穩定的超高速脈衝為目的。

本發明的技術方案如下：

一種主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統，其結構有，泵浦光源1與波分復用器2的980nm端相連，波分復用器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％輸出端與偏振控制器4的一端相連，偏振控制器4的另一端與由微波源6驅動的鈮酸鋰調製器5的輸入端相連；鈮酸鋰調製器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的輸出端與摻鉺光纖10的一端相連，摻鉺光纖10的另一端與波分復用器2的公共端相連；

其特徵在於，結構還有第三光耦合器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於黑磷可飽和吸收體的主被動混合鎖模脈衝產生系統的輸出埠；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15的輸入端相連；第一光探測器13的輸出端與壓電陶瓷驅動器14的輸入端相連，壓電陶瓷驅動器14的輸出端與pzt壓電陶瓷7相連；第二光探測器15的輸出端與模/數轉換器16的輸入端相連，模/數轉換器16的輸出端與單片機17相連，單片機17與電平轉換晶片18相連，電平轉換晶片18與可調光纖延遲線19的rs232接口相連，可調光纖延遲線19的輸出端與第二光耦合器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23的輸入端相連，第二光隔離器23的輸出端與色散補償光纖22的一端相連，色散補償光纖22的另一端與黑磷可飽和吸收體21的一端相連；黑磷可飽和吸收體21的另一端與單模光纖20的一端相連，單模光纖20的另一端與可調光纖延遲線19的輸入端相連。

有益效果：

1、本發明採用主被動混合鎖模光纖雷射器系統結構產生高速超短光脈衝輸出，可以克服被動鎖模光纖雷射器系統無法控制輸出脈衝重複頻率及重複頻率穩定性差的缺點，發揮被動鎖模光纖雷射器系統可以產生飛秒級光脈衝的優勢；同時可以克服主動鎖模光纖雷射器系統輸出穩定性差的缺點，發揮主動鎖模光纖雷射器系統輸出重複頻率可調的優勢，使整個系統產生穩定的超短高速光脈衝。

2、本發明利用反饋信號控制壓電陶瓷穩定主動鎖模光纖雷射器系統腔長，克服腔長漂移，使系統輸出穩定；同時利用反饋信號控制可調光纖延遲線，進行延時反饋，使系統中的光脈衝更加優化，最終使整個系統產生穩定的超短高速光脈衝。

3、本發明將新型二維材料黑磷作為可飽和吸收體進行被動鎖模產生超短高速光脈衝，基於黑磷的可飽和吸收體有超短的恢復時間，黑磷材料具有直接帶隙的能帶結構、吸收波長範圍大等優點，可產生飛秒級超短脈衝。

4、本發明結構簡單，利用光探測器接收部分輸出雷射，利用單片機反饋控制可調光纖延遲線實現整個系統輸出脈衝的優化，操作簡單並可達到精確控制。

附圖說明：

圖1是本發明的主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統框圖。

圖2是傳統的主動鎖模光纖雷射器系統框圖。

具體實施方式

下面結合附圖，說明本發明各部分光路的具體結構。實施例中，元器件後面的括號中標註的本發明的優選的參數，但本發明的保護範圍並不受這些參數的限制。

實施例1：本發明的具體結構

本發明的主被動混合鎖模光纖雷射器脈衝產生系統結構如附圖1所示，其結構有，泵浦光源1(980nm雷射器，最大輸出功率為1w)與波分復用器2(980/1550nm波分復用器)的980nm端相連，波分復用器2的1550nm端與第一光耦合器3(1×2標準單模光耦合器，分光比為10：90)的輸入端相連；第一光耦合器3的10％輸出端與偏振控制器4(三環型機械式光纖偏振控制器)的一端相連，其輸出的光脈衝在主動鎖模光纖雷射器諧振腔中繼續運行，第一光耦合器3的90％輸出端與第三光耦合器11(1×2標準單模光耦合器，分光比為40：60)的輸入端相連；偏振控制器4的另一端與由微波源6驅動的鈮酸鋰調製器5(上海瀚宇光纖通信技術有限公司的mx-ln-20光強度調製器)的輸入端相連；鈮酸鋰調製器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標準單模光耦合器，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偏振無關光隔離器)的輸入端相連，第一光隔離器9使系統中的光脈衝單向運行，方向是附圖1的順時針方向；第一光隔離器9的輸出端與摻鉺光纖10(美國nufern公司生產的sm-esf-7/125摻鉺光纖)的一端相連，摻鉺光纖10的另一端與波分復用器2的公共端相連。上述結構構成了傳統的主動鎖模光纖雷射器諧振腔。

本發明在傳統的主動鎖模光纖雷射器諧振腔的基礎上，還有基於黑磷可飽和吸收體的被動鎖模光纖雷射器系統以及由兩個自動反饋控制環構成的脈衝優化系統，結構為，第三光耦合器11的40％輸出端與第四光耦合器12(1×2標準單模光耦合器，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於黑磷可飽和吸收體的主被動混合鎖模脈衝產生系統的輸出埠，系統產生的光脈衝由此埠輸出；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15(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的輸出端與壓電陶瓷驅動器14(本課題組自製的裝置，具體結構見專利zl200710055865.8)的輸入端相連，壓電陶瓷驅動器14的輸出端與pzt壓電陶瓷7(圓柱形壓電陶瓷，外徑50mm，內徑40mm，高50mm)相連，以控制諧振腔的長度；第二光探測器15的輸出端與模/數轉換器16(max197)的輸入端相連，模/數轉換器16的輸出端與單片機17(stc89c51單片機)相連，單片機17接收數字量進行計算處理，單片機17與電平轉換晶片18(max232)相連，電平轉換晶片18與可調光纖延遲線19(四川宇恆星光科技有限公司的vdl-40-15-s9-1-fa型電動光纖延遲線)的rs232控制端相連，使可調光纖延遲線19接收控制信號，進行延時反饋，穩定系統產生的光脈衝，可調光纖延遲線19的輸出端與第二光耦合器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23(1550nm偏振無關光隔離器)的輸入端相連，第二光隔離器23允許光脈衝通過方向是附圖1的逆時針方向；第二光隔離器23的輸出端與色散補償光纖22(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22的另一端與黑磷可飽和吸收體21(本課題組自製，將多層黑磷製作在一側光纖接頭的端面上，用光纖連接器將此接頭與另一側的光纖接頭相連接，光纖連接器可採用上海瀚宇光纖通信技術有限公司生產的標準fc/pc光纖連接器)的一端相連；黑磷可飽和吸收體21的另一端與單模光纖20(標準單模光纖)的一端相連，單模光纖20的另一端與可調光纖延遲線19的輸入端相連。

實施例2本發明的工作過程及各主要部件的作用

附圖1所示的結構中，泵浦光源1作為整個系統的雷射泵浦源，泵浦光源1通過波分復用器2進入系統中；分光比為10：90的第一光耦合器3將腔內運行的雷射分為兩部分，一部分(90％)輸出給第三光耦合器11，另一部分(10％)繼續在主動鎖模光纖雷射器諧振腔內運行；分光比為40：60的第三光耦合器11將第一光耦合器3輸出的雷射分為兩部分，一部分(60％)作為整個系統的雷射輸出，另一部分(40％)輸出到第四光耦合器12作為系統的反饋信號；偏振控制器4用於控制系統中的偏振態；第一光隔離器9用於保證主動鎖模光纖雷射器諧振腔中光的單向運行；摻鉺光纖10在系統中產生增益作用，保證諧振腔內運行雷射的能量不衰減；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構，使基於黑磷的被動鎖模光纖雷射器系統和基於pzt的主動鎖模光纖雷射器系統有機的結合在一起，實現主被動混合鎖模；黑磷可飽和吸收體21是將黑磷材料製作成可飽和吸收體，用於鎖模超短脈衝的產生。

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將光信號轉換為電信號，輸出給壓電陶瓷驅動器14，壓電陶瓷驅動器14將接收到的信號放大用於驅動pzt壓電陶瓷7，進而控制纏在pzt壓電陶瓷7上的光纖的長度對主動鎖模光纖雷射器諧振腔進行腔長補償，保證系統鎖模的可靠性。

第四光耦合器12輸出的另一路輸出給第二光探測器15，第二光探測器15將其轉化為電流用於基於黑磷可飽和吸收體的被動鎖模光纖雷射器系統的反饋延時；模/數轉換器16接收第二光探測器15輸出的電信號，並將模擬信號轉換為數位訊號，單片機17接收模/數轉換器16輸出的數位訊號進行計算處理，並產生控制信號，電平轉換晶片18用於連接單片機17和可調光纖延遲線19的rs232控制端；使可調光纖延遲線19接收單片機17的控制信號，進行延時反饋控制，使整個系統輸出的光脈衝得到優化。