專利名稱：基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖通信和信號處理技術領域，具體地說，涉及一種光纖布里淵多級慢光延遲結(jié)構(gòu)。
背景技術：
慢光是當前光纖通信領域研究的熱點。雖然產(chǎn)生慢光的方法有多種，但是光纖中基于受激布里淵散射(SBS)的可控慢光技術具有與現(xiàn)有的光纖通信網(wǎng)絡兼容，工作在通信波段，且其波長可調(diào)，構(gòu)建成本低等優(yōu)點，具有很大的應用前景，成為慢光研究領域的熱點。 由SBS產(chǎn)生的慢光時延與增益成正比，但是SBS存在增益飽和的限制，當抽運光功率超過布里淵飽和閾值，自發(fā)布里淵放大(SBA)會在沒有信號輸入時就產(chǎn)生大量抽運光損耗，同時， 當信號功率增加到一定程度時，其增益也會達到飽和，這兩種情況下可獲得的信號最大增益有一定的上限，從而限制了單級延時結(jié)構(gòu)可獲得的最大時延。為了獲得更大的延時，通常采用雙抽運光和多級延時結(jié)構(gòu)。雙抽運光結(jié)構(gòu)是利用一個抽運光產(chǎn)生的增益峰與另一抽運光產(chǎn)生的損耗峰疊加以增大增益斜率的原理來增加單級時延，需要同時對兩個抽運進行調(diào)制；傳統(tǒng)的多級慢光延時結(jié)構(gòu)應用多級延時線提高延時，每段延時介質(zhì)采用獨立抽運光，抽運光功率只用于本級延時，利用率只有50%左右， 效率較低。無論是雙抽運光結(jié)構(gòu)還是傳統(tǒng)的多級延時結(jié)構(gòu)，其延時時間仍然有限，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復雜。在實際通信系統(tǒng)中，要求具有一定的信噪比。然而由于噪聲、光纖損耗及接收機靈敏度等因素的影響，信號功率不能太低。通常在信號損耗達到20dB或功率低于_30dBm的情況下，就需要對信號進行放大。要在保證一定信號功率的前提下，最大限度的提高系統(tǒng)的延時量，首先要提高單級延時結(jié)構(gòu)的增益和延時量，并在此基礎上與多級結(jié)構(gòu)結(jié)合才能進一步提高系統(tǒng)的總延時量。目前，通常力求在低抽運功率下得到大的延時，一般要使用10公里以上的通信光纖作為延時介質(zhì)，而長光纖的低布里淵閾值限制了 SBS過程中的抽運光功率的上限。當布里淵放大或者慢光介質(zhì)長度縮短時，其布里淵閾值將提高。從而降低了閾值對布里淵抽運光功率的限制，從而提高布里淵放大器的非飽和增益，進而提高單級最大延遲量。同時由于信號功率比較高，該系統(tǒng)單元具有較高的信噪比。當系統(tǒng)工作在非飽和狀態(tài)下，抽運光的損耗很小，抽運光功率在經(jīng)過一級受激布里淵散射過程后仍有相當大的剩余功率足以為下一級延時提供抽運。本文基于高功率、短延時光纖介質(zhì)的單級布里淵慢光結(jié)構(gòu)，在重復利用抽運光的基礎上，提出了一種提高抽運光利用率的多級延時結(jié)構(gòu)，抽運光在經(jīng)過一級延時后剩余的抽運光功率再進入下一級延時介質(zhì)，作為其抽運功率再次與信號光發(fā)生受激布里淵散射，使信號光得到二次延時。如果初始抽運光功率足夠大，且不超過布里淵放大飽和閾值，經(jīng)過二級延時后剩余的抽運光功率還可以進行三級及以上延時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、低噪聲、高延時量、高抽運光利用率的新型多級光纖布里淵慢光延時結(jié)構(gòu)本發(fā)明的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，包括半導體激光器1、摻鉺光纖放大器一 2和摻鉺光纖放大器二 13、光纖分束器3、偏振控制器4、電光強度調(diào)制器一 5和電光強度調(diào)制器二 12、直流電源一 6和直流電源二 11、微波信號發(fā)生器7、光纖環(huán)行器一 8、光纖環(huán)行器二 16、光纖環(huán)行器三19和光纖環(huán)行器四20、光纖光柵9、 脈沖發(fā)生器10、短普通單模光纖一 15和短普通單模光纖二 18及可調(diào)衰減器一 14和可調(diào)衰減器二 17 ；摻鉺光纖放大器一 2的輸出接光纖分束器3的端口(a)；光纖分束器3的端口 (b)和(c)分別接偏振控制器4的輸入端和摻鉺光纖放大器二 13的輸入端；電光強度調(diào)制器一 5的輸出端接光纖環(huán)行器一 8的端口(a)；光纖光柵9的一端接光纖環(huán)行器一 8的端口(b)；光纖環(huán)行器一 8的端口(c)接光電強度調(diào)制器二 12輸入端；光電強度調(diào)制器二 12 的輸出接光纖環(huán)行器四20的端口(a)；可調(diào)衰減器一 14的輸出接光纖環(huán)行器二 16的端口 (a)；光纖環(huán)行器二 16的端口(b)接短普通單模光纖一 15的一端；短普通單模光纖一 15的另一端接光纖環(huán)行器四20的端口(b)；光纖環(huán)行器二 16的端口(c)接可調(diào)衰減器二 17的輸入端；短普通單模光纖二 18的一端接光纖環(huán)型器三19的端口(b)；光纖環(huán)行器三19的端口(c)為輸出端口。所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，短普通單模光纖一 15和短普通單模光纖二 18作為布里淵慢光介質(zhì)，其長度介于400米到1000米之間。所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，摻鉺光纖放大器13的飽和輸出功率介于IOOmw至200mw之間；通過光纖環(huán)行器二 16的端口(b)進入短普通單模光纖一 15的抽運光功率超過布里淵閾值功率。所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，從一級慢光介質(zhì)長度較短的短普通單模光纖一 15中的剩余抽運光通過光纖環(huán)行器四20的端口(b)到端口(c)進入光纖環(huán)行器三19的端口(a)，經(jīng)過其端口(b)注入到作為二級慢光布里淵介質(zhì)短普通單模光纖二 18，作為二級結(jié)構(gòu)中的抽運光；從一級慢光介質(zhì)短普通單模光纖一 15中被放大和延時的信號光經(jīng)過光纖環(huán)行器二 16的端口(b)，經(jīng)過其端口(c)和可調(diào)衰減器二 17進入二級布里淵慢光介質(zhì)短普通單模光纖二 18 ；在短普通單模光纖二 18信號光被抽運光布里淵放大，同時被延時。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過兩個摻鉺光纖放大器EDFA對1550nm附近的布里淵抽運光進行放大到較高的功率，兩級布里淵慢光結(jié)構(gòu)中都使用較短長度的通信光纖作為慢光介質(zhì)。由于布里淵介質(zhì)通信的長度比較短，布里淵閾值增大，這就大大改善了閾值對抽運光功率的限制，使得在保證信號與抽運光功率比例一定的情況下，提高了非飽和增益，進而提高單級慢光結(jié)構(gòu)中的延時量。將該單級慢光結(jié)構(gòu)與圖中所示的多級結(jié)構(gòu)相結(jié)合，由于初始抽運功率足夠大，且不超過布里淵放大飽和閾值，抽運光的損耗可以忽略，剩余的抽運光可以進入第二級結(jié)構(gòu)再次與信號光發(fā)生受激布里淵散射，使信號光得到二次延時。經(jīng)過二級延時后剩余的抽運光功率還可以進行三級及以上延時。在保證每一級都工作在非飽和狀態(tài)的情況下，即提高了布里淵非飽和增益和單級延時，利用多級延時結(jié)構(gòu)充分提高了抽運光的利用率，最終在保證高信噪比的情況下，提高了系統(tǒng)的總延時量。
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該發(fā)明得到的結(jié)構(gòu)簡單、抽運光利用率高、所用光纖長度縮短，延時量提高，能夠在常溫下穩(wěn)定工作。


圖1是本發(fā)明的高延時新型多級慢光結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.半導體激光器，2.摻鉺光纖放大器一，3.光纖分束器，4.偏振控制器， 5.電光強度調(diào)制器一，6.直流電源一，7.微波信號發(fā)生器，8.光纖環(huán)行器一，9.光纖光柵， 10.脈沖發(fā)生器，11.直流電源二，12.電光強度調(diào)制器二，13.摻鉺光纖放大器二，14.可調(diào)衰減器一，15.短普通單模光纖一，16光纖環(huán)行器二，17.可調(diào)衰減器二，18.短普通單模光纖二，19.光纖環(huán)行器三，20.光纖環(huán)行器四。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的具體說明這種高延時新型多級布里淵慢光結(jié)構(gòu)，它包括半導體激光器是1550nm半導體激光二級管LD1、摻鉺光纖放大器(即EDFA) — 2和摻鉺光纖放大器二 13、光纖分束器3、偏振控制器4、電光強度調(diào)制器一 5和電光強度調(diào)制器二 12、直流電源一 6和直流電源二 11、微波信號發(fā)生器7、光纖環(huán)行器一 8、光纖環(huán)行器二 16、光纖環(huán)行器三18和光纖環(huán)行器四19、 光纖光柵9、脈沖發(fā)生器10、短普通單模光纖一 15和短普通單模光纖二 18及可調(diào)衰減器一 14和可調(diào)衰減器二 17 ；摻鉺光纖放大器一 2的輸出接光纖分束器3的端口 a ；光纖分束器3的端口 b和 c分別接偏振控制器4的輸入端和摻鉺光纖放大器二 13的輸入端；電光強度調(diào)制器一 5的輸出端接光纖環(huán)行器一 8的端口 a ；光纖光柵9的一端接光纖環(huán)行器一 8的端口 b ；光纖環(huán)行器一 8的端口 c接光電強度調(diào)制器二 12輸入端；光電強度調(diào)制器二 12的輸出接光纖環(huán)行器四20的端口 a ；可調(diào)衰減器一 14的輸出接光纖環(huán)行器二 16的端口 a ；光纖環(huán)行器二 16的端口 b接短普通單模光纖一 15的一端；短普通單模光纖一 15的另一端接光纖環(huán)行器四20的端口 b ；光纖環(huán)行器二 16的端口 c接可調(diào)衰減器二 17的輸入端；短普通單模光纖二 18的一端接光纖環(huán)行器三19的端口 b ；光纖環(huán)行器三19的端口 c為輸出端口。選用2段幾百米的普通單模光纖作為慢光延時介質(zhì)，構(gòu)成二級延時結(jié)構(gòu)。從半導體激光器輸出的波長1550nm的光經(jīng)摻鉺光纖放大器一 2后被一個3dB光纖分束器3分成上下兩路。下路的光經(jīng)過摻鉺光纖放大器二 13進一步放大后作為產(chǎn)生受激布里淵散射的抽運光，抽運光功率的大小由可調(diào)衰減器一 14來控制。抽運光經(jīng)過光纖環(huán)形器二 16進入到作為第一級延時介質(zhì)的短普通單模光纖一 15中。上路的光在進入電光強度調(diào)制器一 5 之前通過偏振控制器4控制其偏振態(tài)，電光強度調(diào)制器一 5的射頻調(diào)制頻率為作為慢光介質(zhì)的普通單模光纖在1550nm處的布里淵頻移(約為10. OOGHz)。經(jīng)過電光強度調(diào)制器一 5 后，輸出的光譜成分中含有中心載波及頻率間隔為布里淵頻移的各階邊帶。調(diào)節(jié)直流偏置電壓，抑制中心載波，使布里淵頻移的一階邊帶具有最大的信噪比。電光強度調(diào)制器一 5輸出的光波經(jīng)過光纖環(huán)形器一 8到達光纖光柵9，光纖光柵9的中心波長與信號光相同，且在短波長具有陡峭的邊緣，其可以濾除中心載波成分，使具有布里淵下頻移的光波具有最大的信噪比，然后布里淵下頻移信號進入電光強度調(diào)制器二 12，產(chǎn)生具有一定脈寬的脈沖信號。信號光經(jīng)過環(huán)形器四20進入到作為一級延時介質(zhì)的短普通單模光纖一 15中，與抽運光發(fā)生受激布里淵散射被放大，并產(chǎn)生延時。用于一級延時的抽運光剩余功率經(jīng)過環(huán)形器四20進入到二級延時介質(zhì)的短普通單模光纖二 18中，經(jīng)過一級延時的信號光經(jīng)過光纖環(huán)形器二 16，再由可調(diào)衰減器二 17調(diào)節(jié)信號光強度，進入到二級延時介質(zhì)短普通單模光纖二 18中與一級延時剩余的抽運光再發(fā)生受激布里淵散射，使得脈沖信號第二次被延時。放大的信號光用光譜儀來進行測量，產(chǎn)生的脈沖信號的延時通過光電探測器，輸入到示波器進行測量。 選擇短于1000米的短普通單模光纖一 15和短普通單模光纖二 18，以確保兩級布里淵放大的閾值比較高。并且保證兩級輸入信號光功率和每級輸入的抽運光功率比率一定，即兩級布里淵放大處于非飽和放大狀態(tài)，這既保證了信號功率不至于太低，保持較低的噪聲，又增加了單級增益，單級延時量。同時由于初始抽運光功率足夠大，處于非飽和區(qū)， 每一級中抽運光損耗都比較小，前級剩余抽運光足以使后級處于高功率非飽和布里淵放大區(qū)，以保證每級都處于高功率、低噪聲放大狀態(tài)，從而大大提高了系統(tǒng)中信號的延時量。
權(quán)利要求
1.一種基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，它包括半導體激光器(1)、摻鉺光纖放大器一( 和摻鉺光纖放大器二(13)、光纖分束器(3)、偏振控制器G)、電光強度調(diào)制器一( 和電光強度調(diào)制器二(12)、直流電源一(6)和直流電源二 (11)、微波信號發(fā)生器(7)、光纖環(huán)行器一(8)、光纖環(huán)行器二(16)、光纖環(huán)行器三(19)和光纖環(huán)行器四00)、光纖光柵(9)、脈沖發(fā)生器(10)、短普通單模光纖一(1 和短普通單模光纖二(18)及可調(diào)衰減器一(14)和可調(diào)衰減器二(17)；其特征在于摻鉺光纖放大器一 O)的輸出接光纖分束器(3)的端口(a)；光纖分束器(3)的端口 (b)和(c)分別接偏振控制器⑷的輸入端和摻鉺光纖放大器二(13)的輸入端；電光強度調(diào)制器一(5)的輸出端接光纖環(huán)行器一⑶的端口(a)；光纖光柵(9)的一端接光纖環(huán)行器一⑶的端口(b)；光纖環(huán)行器一⑶的端口(c)接光電強度調(diào)制器二(12)輸入端；光電強度調(diào)制器二(1 的輸出接光纖環(huán)行器四00)的端口(a)；可調(diào)衰減器一(14)的輸出接光纖環(huán)行器二(16)的端口(a)；光纖環(huán)行器二(16)的端口(b)接短普通單模光纖一(15) 的一端；短普通單模光纖一(1 的另一端接光纖環(huán)行器四OO)的端口(b)；光纖環(huán)行器二 (16)的端口(c)接可調(diào)衰減器二(17)的輸入端；短普通單模光纖二(18)的一端接光纖環(huán)型器三(19)的端口(b)；光纖環(huán)行器三(19)的端口(c)為輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于短普通單模光纖一(15)和短普通單模光纖二(18)作為布里淵慢光介質(zhì)，其長度介于400米到1000米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于摻鉺光纖放大器(13)的飽和輸出功率介于IOOmw至200mw之間；通過光纖環(huán)行器二(16)的端口(b)進入短普通單模光纖一(1 的抽運光功率超過布里淵閾值功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，其特征在于從一級慢光介質(zhì)短普通單模光纖一(1 中的剩余抽運光通過光纖環(huán)行器四00)的端口(b)到端口(c)進入光纖環(huán)行器三(19)的端口(a)，經(jīng)過其端口(b)注入到作為二級慢光布里淵介質(zhì)的短普通單模光纖二(18)，作為二級結(jié)構(gòu)中的抽運光；從一級慢光介質(zhì)短普通單模光纖一(1 中被放大和延時的信號光經(jīng)過光纖環(huán)行器二(16)的端口 (b)，經(jīng)過其端口(c)和可調(diào)衰減器二(17)進入二級布里淵慢光介質(zhì)長度較短的短普通單模光纖二(18)；在短普通單模光纖二(18)信號光被抽運光布里淵放大，同時被延時。
全文摘要
基于短單模光纖的高增益布里淵效應的多級慢光延遲結(jié)構(gòu)，屬于光纖通信與信號處理技術領域。該結(jié)構(gòu)為摻鉺光纖放大器一(2)的輸出接光纖分束器(3)的端口(a)；光纖分束器(3)的端口(b)和(c)分別接偏振控制器(4)的輸入端和摻鉺光纖放大器二(13)的輸入端；電光強度調(diào)制器一(5)的輸出端接光纖環(huán)行器一(8)的端口(a)；光纖光柵(9)的一端接光纖環(huán)行器一(8)的端口(b)；光纖環(huán)行器一(8)的端口(c)接光電強度調(diào)制器二(12)輸入端等；光纖環(huán)行器三(19)的端口(c)為輸出端口。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、抽運光利用率高、所用光纖長度縮短，延時量提高，能夠在常溫下穩(wěn)定工作。
文檔編號G02F1/365GK102162969SQ20111010731
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者曹曄, 楊秀峰, 童崢嶸 申請人:天津理工大學