光学微腔中克尔光梳的确定性孤子锁模方法技术

本发明专利技术公开了一种光学微腔中克尔光梳的确定性孤子锁模方法，设置泵浦激光功率小于光学微腔参量振荡阈值功率，对产生的泵浦激光进行调制，调制信号的频率与光学微腔的自由频谱宽度一致，调制信号幅度根据光学微腔的三阶色散值来计算得到，将相位调制后的泵浦激光通过微腔耦合器耦合进入光学微腔，控制耦合系数使得光学微腔工作在临界耦合状态，在光学微腔中，从长波长方向向短波长方向扫描泵浦激光，在光学微腔输出端采集输出泵浦激光的光谱，一旦当前泵浦激光的光谱具有平滑包络，说明此时已完成孤子锁模，停止扫描。本发明专利技术克服现有克尔光梳锁模方案随机性强、可靠性差且易受扰动等问题，从而快速地、确定性地实现孤子锁模。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光通信
，更为具体地讲，设及一种光学微腔中克尔光梳的确 定性孤子锁模方法。
技术介绍
光学频率梳，或简称光梳的专利技术为精密时间/频率测量提供了革命性的工具。光 梳如同一个光学齿轮组，能够把光学频率精确地分频到较低的微波频率，实现光学频率标 准向微波频率的精密传递，从而促进了光钟的发展，极大提高了时间计量的精确度。此外， 光梳还被用于精密光谱学、天文光谱校准、超稳微波振荡器、高速光通信等诸多领域。目前， 绝大多数光梳都是基于锁模飞秒激光器产生的。运类设备结构复杂，体积庞大，价格昂贵。 例如，德国MenloSystems公司提供的飞秒激光光梳频率合成系统，仅光学部分的尺寸就达 至IJ706X716X139mm，重量达到80公斤，售价很高。因此，飞秒激光光梳的应用受到限制，目 前通常仅限于在实验室内使用，无法广泛推广。 针对上述问题，近几年来出现了一种崭新的光梳产生技术方案。该方案基于超 高品质因数（Q-factor，后简称Q值）光学微腔中的克尔参量四波混频（FWM= ^ur-Wave mixing)效应来产生高稳定性的等间隔光频率分量，简称为克尔光梳。与飞秒激光器相比， 克尔光梳采用的高Q值光学微腔直径通常在IcmW内，从而可W极大地缩小光梳设备的尺 寸，使之成为实用化的器件。因此，克尔光梳在未来极有可能取代目前的飞秒激光器光梳， 成为下一代光梳设备的主要技术方案，在基础物理研究及精密测量技术中发挥重要作用。 小型化、集成化的克尔光梳器件还有望将光梳的应用扩大到更广泛的领域，包括高精度GPS 定位，化学传感与探测，激光雷达，任意波形发生，高速光通信等。 尽管如此，与传统的飞秒激光器光梳相比，基于克尔光梳的模式锁定和超短激光 脉冲产生目前还没有成熟的方案。现有方案存在W下关键问题：目前的克尔光梳模式锁定 具有随机性，在锁模过程中，腔内产生的锁模脉冲数目是随机的，对应的光梳频谱包络也是 随机而杂乱的（光梳谱线起伏大），光梳锁模后受到各种内在和外部因素的扰动，稳定性较 差。因此，要实现克尔光梳的实际应用，需要提出新的确定性的克尔光梳模式锁定机制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光学微腔中克尔光梳的确定性 孤子锁模方法，克服现有克尔光梳锁模方案随机性强、可靠性差且易受扰动等问题，从而快 速地、确定性地实现孤子锁模。 为实现上述专利技术目的，本专利技术包括W 下步骤： Sl:产生累浦激光，累浦激光功率Pp胃根据W下公式计算得到： 其中，n。为光学微腔折射率，VWf为光学微腔的等效模式体积，At表示光学微腔谐 振峰的波长，ri2为光学微腔的非线性折射率，Q为光学微腔的品质因子，a为累浦功率控制 因子，其取值范围为〇<a<1; S2 :对累浦激光进行相位调制，调制信号的频率与光学微腔的自由频谱宽度一致， 调制信号的幅度Am= 2+0. 25D3X1039,其中化表示光学微腔的=阶色散值； S3:将相位调制后的累浦激光通过微腔禪合器禪合进入光学微腔，控制禪合系数 使得光学微腔工作在临界禪合状态； 阳〇1引S4 :累浦激光进入光学微腔后，累浦激光的初始波长为A。=C入y(C-0. 2FSRXn。AJ，其中At表示光学微腔谐振峰的波长，C表示光速，FSR为微腔的自由频 谱宽度；然后从初始波长A。向短波长扫描累浦激光，在光学微腔输出端采集输出累浦激光 的光谱，一旦当前累浦激光的光谱具有平滑包络，说明此时已完成孤子锁模，停止扫描。 其中，步骤Sl中累浦功率控制因子a的取值范围为0. 5《a《0. 8。 其中，步骤S4中波长扫描采用离散分步的方式，扫描步长转换为频率单位为 0. 05XL。，L。为光学微腔谐振模式的线宽。 其中，步骤S4中判断光谱是否具有平滑包络的方法为：对于采集到的输出累浦激 光的光谱，提取当前累浦激光波长两侧吨个光梳谱线的峰值功率，然后将提取到的光梳谱 线峰值功率进行微分运算，如果满足累浦激光波长短波方向微分结果全部为正，长波方向 微分结果全部为负，则判定其具有平滑包络。 其中，参数Ms= 0.SXMeemb,Meemb表示产生光谱频谱的40地频谱宽度。 本专利技术，设置累浦激光功率小于光学 微腔参量振荡阔值功率，对产生的累浦激光进行调制，调制信号的频率与光学微腔的自由 频谱宽度一致，调制信号幅度根据光学微腔的=阶色散值来计算得到，将相位调制后的累 浦激光通过微腔禪合器禪合进入光学微腔，控制禪合系数使得光学微腔工作在临界禪合状 态，在光学微腔中，从长波长方向向短波长方向扫描累浦激光，在光学微腔输出端采集输出 累浦激光的光谱，一旦当前累浦激光的光谱具有平滑包络，说明此时已完成孤子锁模，停止 扫描。 本专利技术具有W下有益效果： (1)根据光学微腔参数来设置累浦激光功率、相位调制信号的频率与幅度，可W使 光梳的产生及孤子锁模过程具有确定性，并且可W避免高阶色散对孤子锁模的扰动； (2)采用长波长向短波长扫描，可W使扫描过程中光学微腔内总功率维持相对稳 定，使整个光学微腔可W保持在热稳定状态。【附图说明】 图1是光学微腔克尔光梳产生装置示意图； 图2是本专利技术的流程图； 图3是相位调制后的累浦激光频谱图； 图4是具有平滑包络的克尔光梳频谱图； 图5是模式锁定后的孤子脉冲波形； 图6是孤子锁模过各中光学微腔内总功率变化曲线； 图7是微腔内孤子脉冲和累浦背景有效失谐量的变化图； 图8克尔光梳产生过程中频谱的动态演化图； 图9是10次独立孤子锁模过程输出光谱的叠加图； 图10是相位调制幅度为3时光学微腔内波形动态演化图； 图11是相位调制系数为0. 3时的累浦光谱图； 图12是相位调制幅度为0. 3时光学微腔内波形动态演化图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行描述，W便本领域的技术人员更好地 理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在W下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本专利技术的主要内容时，运些描述在运里将被忽略。 实施例 图1是光学微腔克尔光梳产生装置示例图。如图1所示，光学微腔克尔光梳产生 装置包括累浦激光模块、累浦调制模块、光学微腔模块和输出监测模块。本实施例中采用可 调谐激光器作为累浦激光模块，输出波长可调的连续光，通过光纤输入到累浦调制模块。在 累浦调制模块中，连续光累浦首先经过偏振控制器，然后进入到光电相位调制器。正弦信号 发生器产生正弦信号，作为调制信号输入相位调制器。相位调制器采用调制信号对连续光 累浦进行调制，相位调制器的插入损耗由一个光放大器进行补偿，然后再经过一个带通滤 波器，滤除光放大器引入的自发福射噪声。通过相位调制器后，累浦光频谱将出现了多个调 制边带。相位调制后的累浦激光通过微腔禪合器禪合进入光学微腔。在光学微腔中对累浦 激光进行波长扫描。将光学微腔的输出端通过光纤与一个光谱仪相连，用于监测克尔光梳 的产生与模式锁定状态。 本专利技术针对累浦激光的生成、调制W及光学微腔扫描过程进行改进，提出了光学 微腔中克尔光梳的确定性孤子锁模方法。图2是本专利技术光学微腔中克尔光梳的确定性孤子 锁模方法的流程图。如图2所示，本专利技术包括 W下步骤： S201 :产生累浦激光： 产生累浦激光，累浦激光功率Pp胃设置为小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学微腔中克尔光梳的确定性孤子锁模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：产生泵浦激光，泵浦激光功率Ppump根据以下公式计算得到：Ppump=1.54απ2n02Veffn2λLQ2]]>其中，n0为光学微腔折射率，Veff为光学微腔的等效模式体积，λL表示光学微腔谐振峰的波长，n2为光学微腔的非线性折射率，Q为光学微腔的品质因子，α为泵浦功率控制因子，其取值范围为0＜α＜1；S2：对泵浦激光进行相位调制，调制信号的频率与光学微腔的自由频谱宽度一致，调制信号的幅度Am＝2+0.25D3×1039，其中D3表示光学微腔的三阶色散值；S3：将相位调制后的泵浦激光通过微腔耦合器耦合进入光学微腔，控制耦合系数使得光学微腔工作在临界耦合状态；S4：泵浦激光进入光学微腔后，泵浦激光的初始波长λ0＝cλL/(c‑0.2FSR×n0λL)，其中，λL表示光学微腔谐振峰的波长，c表示光速，FSRR为微腔的自由频谱宽度；然后从初始波长λ0向短波长扫描泵浦激光，在光学微腔输出端采集输出泵浦激光的光谱，一旦当前泵浦激光的光谱具有平滑包络，说明此时已完成孤子锁模，停止扫描。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周恒，廖明乐，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51