本發(fā)明屬于光通信器件的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，信息時(shí)代已經(jīng)到來，光纖通信技術(shù)已滲透到各種通信與信息網(wǎng)絡(luò)中。光纖激光器是光纖通信的理想光源，與傳統(tǒng)的固體激光器相比具有許多優(yōu)勢(shì)，近年來得到了廣泛的研究。光纖激光器中的鎖模光纖激光器是光通信系統(tǒng)中脈沖光源的理想選擇。

鎖模光纖激光器常見的結(jié)構(gòu)有主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模光纖激光器。其中主動(dòng)鎖模光纖激光器輸出脈沖寬度窄、頻率啁啾小且頻率可調(diào)諧，因而在超高速光纖通信中有很大的應(yīng)用前景。

與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是如附圖2所示的主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)，正弦電壓信號(hào)作用于鈮酸鋰(linbo3)調(diào)制器，調(diào)制器將產(chǎn)生周期性的相位變化或是損耗，周期性的變化作用于諧振腔內(nèi)循環(huán)的脈沖，它們之間的相互影響使得產(chǎn)生鎖模序列。linbo3調(diào)制器是偏振敏感的，通常在調(diào)制器前放置一個(gè)偏振控制器來調(diào)節(jié)調(diào)制器的光場(chǎng)偏振態(tài)。中心波長通過可調(diào)諧濾波器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

但主動(dòng)鎖模光纖激光器輸出激光的光譜比較窄，很難得到超窄脈沖，而且主動(dòng)鎖模光纖激光器的腔長一般都較長，容易受到外界的影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差。

被動(dòng)鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)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(yīng)，可以產(chǎn)生最短的光學(xué)脈沖，但其輸出脈沖重復(fù)頻率的穩(wěn)定性差，不能外界調(diào)控。

綜上所述，目前現(xiàn)有的主動(dòng)或被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)均各自存在固有的缺點(diǎn)，尤其由于現(xiàn)有鎖模光纖激光器系統(tǒng)中沒有采取有效的自動(dòng)控制，使得輸出光脈沖的穩(wěn)定性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服背景技術(shù)中鎖模光纖激光器存在的缺點(diǎn)，提供一種主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)，以產(chǎn)生穩(wěn)定的超高速脈沖為目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)有，泵浦光源1與波分復(fù)用器2的980nm端相連，波分復(fù)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(qū)動(dòng)的鈮酸鋰調(diào)制器5的輸入端相連；鈮酸鋰調(diào)制器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(gè)輸入端相連；第二光耦合器8的另一個(gè)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(fù)用器2的公共端相連；

其特征在于，結(jié)構(gòu)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于黑磷可飽和吸收體的主被動(dòng)混合鎖模脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出端口；第四光耦合器12的一個(gè)50％輸出端與第一光探測(cè)器13的輸入端相連，另一個(gè)50％輸出端與第二光探測(cè)器15的輸入端相連；第一光探測(cè)器13的輸出端與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14的輸入端相連，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14的輸出端與pzt壓電陶瓷7相連；第二光探測(cè)器15的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16的輸入端相連，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16的輸出端與單片機(jī)17相連，單片機(jī)17與電平轉(zhuǎn)換芯片18相連，電平轉(zhuǎn)換芯片18與可調(diào)光纖延遲線19的rs232接口相連，可調(diào)光纖延遲線19的輸出端與第二光耦合器8的一個(gè)50％輸出端相連，第二光耦合器8的另一個(gè)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(bǔ)償光纖22的一端相連，色散補(bǔ)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(diào)光纖延遲線19的輸入端相連。

有益效果：

1、本發(fā)明采用主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高速超短光脈沖輸出，可以克服被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)無法控制輸出脈沖重復(fù)頻率及重復(fù)頻率穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，發(fā)揮被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)可以產(chǎn)生飛秒級(jí)光脈沖的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)可以克服主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)輸出穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，發(fā)揮主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)輸出重復(fù)頻率可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的超短高速光脈沖。

2、本發(fā)明利用反饋信號(hào)控制壓電陶瓷穩(wěn)定主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)腔長，克服腔長漂移，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定；同時(shí)利用反饋信號(hào)控制可調(diào)光纖延遲線，進(jìn)行延時(shí)反饋，使系統(tǒng)中的光脈沖更加優(yōu)化，最終使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的超短高速光脈沖。

3、本發(fā)明將新型二維材料黑磷作為可飽和吸收體進(jìn)行被動(dòng)鎖模產(chǎn)生超短高速光脈沖，基于黑磷的可飽和吸收體有超短的恢復(fù)時(shí)間，黑磷材料具有直接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)、吸收波長范圍大等優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生飛秒級(jí)超短脈沖。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，利用光探測(cè)器接收部分輸出激光，利用單片機(jī)反饋控制可調(diào)光纖延遲線實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出脈沖的優(yōu)化，操作簡單并可達(dá)到精確控制。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)框圖。

圖2是傳統(tǒng)的主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明各部分光路的具體結(jié)構(gòu)。實(shí)施例中，元器件后面的括號(hào)中標(biāo)注的本發(fā)明的優(yōu)選的參數(shù)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些參數(shù)的限制。

實(shí)施例1：本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)

本發(fā)明的主被動(dòng)混合鎖模光纖激光器脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，其結(jié)構(gòu)有，泵浦光源1(980nm激光器，最大輸出功率為1w)與波分復(fù)用器2(980/1550nm波分復(fù)用器)的980nm端相連，波分復(fù)用器2的1550nm端與第一光耦合器3(1×2標(biāo)準(zhǔn)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(huán)型機(jī)械式光纖偏振控制器)的一端相連，其輸出的光脈沖在主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔中繼續(xù)運(yùn)行，第一光耦合器3的90％輸出端與第三光耦合器11(1×2標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)的鈮酸鋰調(diào)制器5(上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司的mx-ln-20光強(qiáng)度調(diào)制器)的輸入端相連；鈮酸鋰調(diào)制器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(biāo)準(zhǔn)單模光耦合器，分光比為50：50)的一個(gè)輸入端相連；第二光耦合器8的另一個(gè)輸入端與第一光隔離器9(1550nm偏振無關(guān)光隔離器)的輸入端相連，第一光隔離器9使系統(tǒng)中的光脈沖單向運(yùn)行，方向是附圖1的順時(shí)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(chǎn)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(fù)用器2的公共端相連。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成了傳統(tǒng)的主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔的基礎(chǔ)上，還有基于黑磷可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)以及由兩個(gè)自動(dòng)反饋控制環(huán)構(gòu)成的脈沖優(yōu)化系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)為，第三光耦合器11的40％輸出端與第四光耦合器12(1×2標(biāo)準(zhǔn)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于黑磷可飽和吸收體的主被動(dòng)混合鎖模脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出端口，系統(tǒng)產(chǎn)生的光脈沖由此端口輸出；第四光耦合器12的一個(gè)50％輸出端與第一光探測(cè)器13(北京敏光科技有限公司的lsipd-ld50型光探測(cè)器)的輸入端相連，另一個(gè)50％輸出端與第二光探測(cè)器15(北京敏光科技有限公司的lsipd-ld50型光探測(cè)器)的輸入端相連；第一光探測(cè)器13的輸出端與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14(本課題組自制的裝置，具體結(jié)構(gòu)見專利zl200710055865.8)的輸入端相連，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14的輸出端與pzt壓電陶瓷7(圓柱形壓電陶瓷，外徑50mm，內(nèi)徑40mm，高50mm)相連，以控制諧振腔的長度；第二光探測(cè)器15的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16(max197)的輸入端相連，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16的輸出端與單片機(jī)17(stc89c51單片機(jī))相連，單片機(jī)17接收數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算處理，單片機(jī)17與電平轉(zhuǎn)換芯片18(max232)相連，電平轉(zhuǎn)換芯片18與可調(diào)光纖延遲線19(四川宇恒星光科技有限公司的vdl-40-15-s9-1-fa型電動(dòng)光纖延遲線)的rs232控制端相連，使可調(diào)光纖延遲線19接收控制信號(hào)，進(jìn)行延時(shí)反饋，穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)生的光脈沖，可調(diào)光纖延遲線19的輸出端與第二光耦合器8的一個(gè)50％輸出端相連，第二光耦合器8的另一個(gè)50％輸出端與第二光隔離器23(1550nm偏振無關(guān)光隔離器)的輸入端相連，第二光隔離器23允許光脈沖通過方向是附圖1的逆時(shí)針方向；第二光隔離器23的輸出端與色散補(bǔ)償光纖22(美國thorlabs公司的dcf38型色散補(bǔ)償光纖)的一端相連，色散補(bǔ)償光纖22的另一端與黑磷可飽和吸收體21(本課題組自制，將多層黑磷制作在一側(cè)光纖接頭的端面上，用光纖連接器將此接頭與另一側(cè)的光纖接頭相連接，光纖連接器可采用上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)單模光纖)的一端相連，單模光纖20的另一端與可調(diào)光纖延遲線19的輸入端相連。

實(shí)施例2本發(fā)明的工作過程及各主要部件的作用

附圖1所示的結(jié)構(gòu)中，泵浦光源1作為整個(gè)系統(tǒng)的激光泵浦源，泵浦光源1通過波分復(fù)用器2進(jìn)入系統(tǒng)中；分光比為10：90的第一光耦合器3將腔內(nèi)運(yùn)行的激光分為兩部分，一部分(90％)輸出給第三光耦合器11，另一部分(10％)繼續(xù)在主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔內(nèi)運(yùn)行；分光比為40：60的第三光耦合器11將第一光耦合器3輸出的激光分為兩部分，一部分(60％)作為整個(gè)系統(tǒng)的激光輸出，另一部分(40％)輸出到第四光耦合器12作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)；偏振控制器4用于控制系統(tǒng)中的偏振態(tài)；第一光隔離器9用于保證主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔中光的單向運(yùn)行；摻鉺光纖10在系統(tǒng)中產(chǎn)生增益作用，保證諧振腔內(nèi)運(yùn)行激光的能量不衰減；分光比為50：50的第二光耦合器8連接了主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模兩部分結(jié)構(gòu)，使基于黑磷的被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)和基于pzt的主動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)混合鎖模；黑磷可飽和吸收體21是將黑磷材料制作成可飽和吸收體，用于鎖模超短脈沖的產(chǎn)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(cè)器13，由第一光探測(cè)器13將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出給壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14將接收到的信號(hào)放大用于驅(qū)動(dòng)pzt壓電陶瓷7，進(jìn)而控制纏在pzt壓電陶瓷7上的光纖的長度對(duì)主動(dòng)鎖模光纖激光器諧振腔進(jìn)行腔長補(bǔ)償，保證系統(tǒng)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(cè)器15，第二光探測(cè)器15將其轉(zhuǎn)化為電流用于基于黑磷可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模光纖激光器系統(tǒng)的反饋延時(shí)；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16接收第二光探測(cè)器15輸出的電信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)17接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器16輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，并產(chǎn)生控制信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換芯片18用于連接單片機(jī)17和可調(diào)光纖延遲線19的rs232控制端；使可調(diào)光纖延遲線19接收單片機(jī)17的控制信號(hào)，進(jìn)行延時(shí)反饋控制，使整個(gè)系統(tǒng)輸出的光脈沖得到優(yōu)化。