一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，通过在光学微腔中引入辅助激光，利用辅助激光加热弥补孤子锁模过程中的热效应，保持光学微腔孤子锁模过程中热平衡状态，每次都可以确定性实现光学微腔中孤子锁模，大大简化了微腔中孤子锁模过程，避免了现有克尔光梳孤子锁模过程随机性强、可靠性差且易受扰动等问题；同时，通过监控克尔光梳的光功率，反馈控制辅助激光波长，孤子锁模状态可以长时间稳定存在，并且孤子锁模状态在受到外界干扰丢失后，能通过控制辅助激光，自动恢复到孤子锁模状态，极大提高了光学微腔中孤子锁模状态的稳定性。

A heat effect compensation method for micro cavity in the process of Kerr soliton mode locking

The invention discloses a Kerr comb optical soliton mode-locked process micro cavity thermal effect compensation method, by introducing an auxiliary laser in optical micro cavity, use of the thermal effect of laser assisted for soliton mode locking process, heat balance optical micro cavity soliton mode locking process, each can achieve deterministic optical the micro cavity mode-locked soliton, which greatly simplifies the micro cavity soliton mode locking process, to avoid the existing Kerr optical comb soliton mode-locked process of strong randomness, poor reliability and vulnerable to disturbance and so on; at the same time, by monitoring the optical power of the optical comb Kerr, feedback control of auxiliary laser wavelength, soliton mode-locked state there is long time stable, and soliton mode-locked state in interference loss, can be controlled by automatic return to assisted laser, mode-locked soliton, which greatly improves the soliton in Optical Microcavity The stability of mode-locked state.

【技术实现步骤摘要】
一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法
本专利技术属于光通信
，更为具体地讲，涉及一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法。
技术介绍
光学频率梳(简称光频梳)可以提供等间隔的频率标签，为光谱学和精密测量提供了革命性的工具。光频梳在精密光谱学、天文光谱校准、超稳微波振荡器、高速光通信等诸多领域都有着较大的应用前景。目前，大部分光频梳是基于超短脉冲激光器产生的，这类设备往往体积大、结构复杂、价格昂贵，并且不能够集成。近几年，随着技术的发展，出现了一种基于超高品质因数(简称高Q值)光学微腔产生光频梳的崭新方案。这种方案利用光学微腔中的克尔参量震荡效应产生光频梳，简称克尔光梳。与传统的超短脉冲激光器相比，基于高Q值光学微腔的光梳方案具有体积小、结构简单、成本低、能够单片集成的优势。因此，基于高Q值光线微腔的克尔光频梳方案是未来产生光频梳的理想技术方案，有望大量应用于精密光谱学、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，克尔光梳的模式锁定方案主要是孤子锁模，但是，由于克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应的影响，实现孤子锁模具有很大的挑战。要实现孤子锁模，泵浦激光波长需要进入光学微腔谐振区的红失谐区域，但是，由于热效应的影响，光学微腔的红失谐区域是不稳定的，当泵浦激光从蓝失谐区进入红失谐区时，光学微腔的谐振峰会快速蓝移，泵浦激光很快移出光学微腔谐振区的红失谐区。目前，克服孤子锁模过程中微腔热效应的方案主要有快速波长扫描和预调制泵浦激光。这两种方案都能使泵浦波长进入到红失谐区产生孤子，但是，这两种方案的孤子锁模过程具有随机性、可靠性差且易受扰动等问题，并且比较复杂，难以在实际中应用。
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，提供一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，在克服微腔热效应的同时，避免现有克尔光梳孤子锁模过程随机性强、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，本专利技术克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、先产生用于补偿孤子锁模过程中微腔热效应的辅助激光，调整辅助激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的辅助激光通过一微腔耦合器反方向(相对泵浦激光在腔内传播方向而言)耦合进入光学微腔；(2)、然后产生用于在光学微腔中产生克尔光梳的泵浦激光，调整泵浦激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的泵浦激光通过另一微腔耦合器正向耦合进入光学微腔；其中，泵浦激光功率高于光学微腔参量振荡阈值功率，辅助激光功率不小于泵浦激光功率；(3)调整辅助激光波长或功率，使泵浦激光能够平滑过渡到微腔红失谐状态；(4)、保持辅助激光波长和功率不变，扫描泵浦激光波长，实现孤子锁模；(5)、监控克尔光梳的光功率，反馈控制辅助激光波长：当克尔光梳功率减小，增大辅助激光波长，当克尔光梳功率增大，减小辅助激光波长，以稳定孤子锁模状态。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，通过在光学微腔中引入辅助激光，利用辅助激光加热弥补孤子锁模过程中的热效应，保持光学微腔孤子锁模过程中热平衡状态，每次都可以确定性实现光学微腔中孤子锁模，大大简化了微腔中孤子锁模过程，避免了现有克尔光梳孤子锁模过程随机性强、可靠性差且易受扰动等问题；同时，通过监控克尔光梳的光功率，反馈控制辅助激光波长，孤子锁模状态可以长时间稳定存在，并且孤子锁模状态在受到外界干扰丢失后，能通过控制辅助激光，自动恢复到孤子锁模状态，极大提高了光学微腔中孤子锁模状态的稳定性。附图说明图1是应用本专利技术的光学微腔克尔光梳产生装置一种具体实施方式结构示意图；图2是本专利技术克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法一种具体实施流程图；图3是辅助激光和泵浦激光波长处的谐振峰示意图；图4是实验测得具有平滑包络的克尔光梳频谱图；图5是实验测得存在/不存在辅助激光时微腔的输出光谱图；图6是输出端克尔光梳、泵浦激光以及辅助激光功率变化趋势图；图7是多次孤子锁模的可靠性示意图；图8是孤子锁模状态的稳定性示意图。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，以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，在以下的描述中，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，这些描述在这里将被忽略。图1是应用本专利技术的光学微腔克尔光梳产生装置一种具体实施方式结构示意图。在本实施例中，如图1所示，光学微腔克尔光梳产生装置包括泵浦激光模块1、光学微腔模块2、辅助激光模块3和输出检测模块4。本实施例中，泵浦激光模块1和辅助激光模块3结构相同，分别包含可调谐激光器101、301、偏振控制器(PC)102、302、功率放大器(EDFA)103、303以及光纤布拉格光栅(FBG)104、304和光纤环形器105、305，可调谐激光器101、301输出波长可调的连续光即泵浦激光、辅助激光，经过偏振控制器102、302后输入功率放大器103、303放大，通过光纤环形器105、305送入光纤布拉格光栅(FBG)滤除带外ASE噪声(放大器自发辐射噪声即AmplifierSpontaneousemissionNoise，简称ASE噪声)后，再通过光纤环形器105、305送入光学微腔模块2中。光学微腔模块2包含光学微腔201以及耦合棱镜202、203，其中，耦合棱镜作为微腔耦合器。放大后的激光包括泵浦激光以及辅助激光，通过各自的耦合棱镜202、203耦合进入光学微腔201。在本实施例中，光学微腔201带有一温度控制模块TEC，其通过温度控制模块保持恒定温度，在本实施例中，光学微腔201温度变化小于0.1摄氏度。输出检测模块4包含两个光纤环形器401、402、光耦合器403、404、光谱仪(OSA)405、光带通滤波器(OBPF)406、光纤布拉格光栅(FBG)407以及功率计(PM)408、409、410、。光纤环形器401置于泵浦激光模块1以及光学微腔模块2之间，泵浦激光模块1产生的泵浦激光经过光纤环形器401后到光学微腔模块2，同时，提取来自光学微腔模块2的辅助激光，给功率计(PM)408，用于监控辅助激光的光功率；同样，光纤环形器402置于辅助激光模块3以及光学微腔模块2之间，辅助激光模块3产生的辅助激光经过光纤环形器402后到光学微腔模块2，同时，提取来自光学微腔模块2的泵浦激光和克尔光梳的输出激光，然后光耦合器403分为两路，一路送入光谱仪(OSA)405，通过光频仪观察输出激光光谱，如果当前输出激光的光谱具有平滑包络，说明已经完成孤子锁模，停止扫描，否则继续扫描波长，另一路送入另一光耦合器404再分为两路，一路通过光带通滤波器(OBPF)406滤除泵浦激光外的干扰，得到的泵浦激光送入功率计409进行功率测量，同时另一路通过光纤布拉格光栅(FBG)407滤除克尔光栅外的干扰，得到的科尔光梳送入功率计(PM)410进行功率测量。其中，监控克尔光梳的光功率作为反馈信号，控制辅助激光器的波长，稳定微腔中孤子锁模状态。本专利技术针对光学微腔中孤子锁模过程热效应导致的随机性和不稳定性进行改进，图2是本专利技术克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法一种具体实施流程图。如图2所示，本专利技术克本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、先产生用于补偿孤子锁模过程中微腔热效应的辅助激光，调整辅助激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的辅助激光通过耦合系统反方向(相对泵浦激光在腔内传播方向而言)耦合进入光学微腔；(2)、然后产生用于在光学微腔中产生克尔光梳的泵浦激光，调整泵浦激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的泵浦激光通过同一耦合系统正向耦合进入光学微腔；其中，泵浦激光功率高于光学微腔参量振荡阈值功率，辅助激光功率不小于泵浦激光功率；(3)调整辅助激光波长或功率，使泵浦激光能够平滑过渡到微腔红失谐状态；(4)、保持辅助激光波长和功率不变，缓慢扫描泵浦激光波长，直到泵浦激光出现阶梯型功率跳变，实现孤子锁模；(5)、监控克尔光梳的光功率，反馈控制辅助激光波长：当克尔光功率减小，增大辅助激光波长，当克尔光功率增大，减小辅助激光波长，以稳定孤子锁模状态。

【技术特征摘要】
1.一种克尔光梳孤子锁模过程中微腔热效应补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、先产生用于补偿孤子锁模过程中微腔热效应的辅助激光，调整辅助激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的辅助激光通过耦合系统反方向(相对泵浦激光在腔内传播方向而言)耦合进入光学微腔；(2)、然后产生用于在光学微腔中产生克尔光梳的泵浦激光，调整泵浦激光的偏振态即偏振控制，将偏振控制后的泵浦激光通过同一耦合系统正向耦合进入光学微腔；其中，泵浦激光功率高于光学微腔参量振荡阈值功率，辅助激光功率不小于泵浦激光功率；(3)调整辅助激光波长或功率，使泵浦激光能够平滑过渡到微腔红失谐状态；(4)、保持辅助激光波长和功率不变，缓慢扫描泵浦激光波长，直到泵浦激光出现阶梯型功率跳变，实现孤子锁模；(5)、监控克尔光梳的光功率，反馈控制辅助激光波长：当克尔光功率减小，增大辅助激光波长，当克尔光功率增大，减小辅助激光波长，以稳定孤子锁模状态。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周恒，耿勇，武保剑，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