一种基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法技术

本发明专利技术涉及一种基于布里渊随机激光振荡的光群速度调控方法，基于布里渊随机光纤激光振荡装置实现快光及超光速传输，由两个光环形器、布里渊增益光纤和随机反馈介质构成半开放的环形腔，利用光纤介质中背向瑞利散射或弱光纤光栅阵列提供的分布式随机反馈取代传统固定共振腔中的单点镜面反馈，形成随机激光振荡，从而实现斯托克斯激光的单纵模运转，并对泵浦光信号产生反常色散和群速度加快效应，在超长距离上实现泵浦光信号群速度的光学调控。本发明专利技术不仅具有低阈值、室温下操作和工作在任意波长的优势，而且可实现在百米甚至千米量级超长光纤传输距离下的光速调控，在光纤传感及光通信传输方面具有良好的应用前景。光通信传输方面具有良好的应用前景。光通信传输方面具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法


[0001]本专利技术涉及非线性效应的光学调控技术，尤其涉及一种基于布里渊随机激光振荡的光速调控方法，主要利用布里渊随机光纤激光振荡在长距离光纤传输中实现光群速度的全光调控。

技术介绍

[0002]光的群速度调控在全光通信领域、高灵敏度传感、光与物质的相互作用以及微波光子学领域都有着重要的应用前景。特别是快光技术在激光干涉仪、时间隐身和激光陀螺仪领域有着重要的应用价值。
[0003]基于光纤介质的群速度调控由于光纤本身损耗低、易于在光纤通信系统中兼容的优点而受到广泛关注。而光纤介质中的快慢光技术主要是通过不同的非线性效应来实现的，其中，基于受激布里渊散射效应的快慢光方案由于其阈值低、任意波长工作、在室温下可操作具有独特的优势。此前，利用受激布里渊散射效应实现光速调控的方法首先在布里渊光纤放大器结构中实现(参见Song,K.et al.Optics Express 13,82
‑
88,2005)，然而基于放大器结构的方法实现群速度加快的效率较低，结构相对复杂。之后，基于单模光纤中布里渊激光振荡的方案被提出，因其自加快、低损耗、高效率的优势而受到瞩目。
[0004]目前，光纤中基于布里渊激光振荡的光速调控技术已经通过基于特种光纤、混合增益腔结构以及嵌入饱和吸收体结构的方法得以实现和进一步优化。
[0005]1.利用特种光纤实现基于布里渊激光振荡的光速调控技术(参见Deng,D.et al.IEEE Photonics Technology Letters 26,1758
‑
1761,2014)，主要利用高非线性光纤、亚碲酸盐光纤等特殊光纤非线性系数高、纤芯直径小的特点，提高布里渊增益因子，使用特种光纤作为布里渊增益介质有助于实现更低阈值和更高效率的光群速度操控。
[0006]2.混合增益腔结构是指在布里渊光纤环形腔内嵌入一段由980nm泵浦激发的掺铒光纤作为辅助增益介质。(参见Gao,L.et al.Optics Letters 44,5097
‑
5100,2019)受激布里渊散射产生的斯托克斯光在腔内传输过程中经过泵浦的掺铒光纤时会发生额外的受激辐射放大，通过调节980nm泵浦功率使得斯托克斯光增益进一步增加，从而增强布里渊泵浦光信号的布里渊损耗效应，实现泵浦光信号时间加快量的有效提高；掺铒光纤的引入还将有效降低出射斯托克斯激光的阈值，从而改善增益饱和的现象。最终相关实验利用加入泵浦的掺铒光纤的混合增益腔结构在2m长度的高非线性光纤中达到了444.4ns的时间提前量。
[0007]3.基于布里渊激光振荡的光群速度加快效率主要受到腔内激光纵模带来的带宽限制，为了保证斯托克斯单纵模激光输出，上述方法均采用短腔法，使用10米以下长度的光纤作为布里渊增益光纤，无法实现长距离光纤上的光速调控。为了克服快光的光纤传输距离限制，基于饱和吸收结构的单频激光技术被采用(参见Zhang,L.et al.Optics Letters 40,4404
‑
4407,2015)。该方法提出了在长的光纤环形腔中嵌入由环形器、耦合器和一段未泵浦的掺铒光纤构成的光纤饱和吸收体结构，通过调节光纤环中的偏振控制器，实在光纤
环中双向传输的光信号形成稳定的驻波，从而形成一个弱耦合的布拉格动态光栅，起到抑制多纵模的作用，实现斯托克斯激光单纵模运转。最终实现500m高非线性光纤的长距离群速度调控。
[0008]在之前的研究中，基于布里渊激光振荡的光速调控方案都是基于固定闭合的激光共振腔实现的，然而固定的光纤共振腔不可避免地存在多纵模振荡，进而限制了光速调控的效率和传输距离。在长距离光纤传输中实现光速调控是该领域研究的重点方向，其中单纵模斯托克斯激光运转是突破光速调控距离限制的关键因素，虽然通过饱和吸收体结构可以限制相当一部分的多纵模，然而存在一定饱和效应，高功率条件下无法保证单纵模运转，群速度的加快量仍然会受限于激光多纵模振荡的影响。

技术实现思路

[0009]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于新型布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法，针对目前光速调控实验均基于固定激光共振腔方案，在距离因素上受到多纵模传输限制的根本问题，由两个光环形器、布里渊增益光纤和随机反馈介质构成半开放的环形腔，利用光纤介质中背向瑞利散射或者弱光纤光栅阵列提供的分布式随机反馈取代传统固定共振腔中的单点镜面反馈，形成随机激光振荡，从而实现斯托克斯激光的单纵模运转，并对泵浦光信号产生反常色散和群速度加快效应，打破长距离光纤传输中传统布里渊激光振荡的快光调控方案中多纵模斯托克斯激光振荡对于泵浦光群速度调控的限制，最终在超长距离上实现泵浦光信号群速度的光学调控。本专利技术基于布里渊散射的光速调控方法不仅具有低阈值、室温下操作和工作在任意波长的优势，而且可实现在百米甚至千米量级超长光纤传输距离下的光速调控，在光纤传感及光通信传输方面具有良好的应用前景。
[0010]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法，基于布里渊随机光纤激光振荡装置实现，其装置主要包括窄线宽激光器、电光调制器EOM、信号发生器、光放大器、第一光纤环形器、布里渊增益光纤、光纤耦合器、第二光纤环形器和随机反馈介质；光的群速度监测装置包括光电探测器PD和示波器，光速调控步骤如下：
[0012]a.窄线宽激光器发射出的光，进入电电光调制器EOM后受到调制，通过信号发生器调制产生不同频率、不同波形的信号光；
[0013]b.调制之后的信号光进入光放大器，放大器对光信号进行不同程度的功率放大，以得到不同平均功率下的信号光；
[0014]c.放大器输出的光信号将作为布里渊泵浦光，通过第一光纤环形器的
①
至
②
端口进入一段光纤中传输，同时也激发光纤中的受激布里渊散射效应；
[0015]d.受到布里渊增益谱带宽的限制，信号光的调制情况对光群速度的加快程度产生影响，在同一正弦调制波形的情况下，调制频率不同，对应的光群速度的加快量也不同；
[0016]e.在其他条件不变的情况下，当设置的调制频率越小的时候，监测到的时域波形的时间提前量越大，对应的群速度的加快量也越大。
[0017]优选地，在半开放的光纤环形腔中，泵浦光信号进入到布里渊增益光纤，同时这段光纤作为传输媒介；由于布里渊随机光纤激光振荡装置本身具有的单纵模激光运转的天然
优势，其传输距离可以达到百米甚至千米的量级。
[0018]优选地，在增益光纤中受激产生的斯托克斯光将沿着反方向传输，经由第一光纤环形器的
②
至
③
端口，进入到第二光纤环形器中，并通过第二光纤环形器的
①
至
②
端口进入到随机反馈介质中，反馈介质将提供分布式随机反馈，反馈光通过第二光纤环形器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法，基于布里渊随机光纤激光振荡装置实现，其装置主要包括窄线宽激光器(1)、电光调制器EOM(2)、信号发生器(3)、光放大器(4)、第一光纤环形器(5)、布里渊增益光纤(6)、光纤耦合器(7)、第二光纤环形器(8)和随机反馈介质(9)；光的群速度监测装置包括光电探测器PD(10)和示波器(11)，其特征在于，光速调控步骤如下：a.窄线宽激光器(1)发射出的光，进入电电光调制器EOM(2)后受到调制，通过信号发生器(3)调制产生不同频率、不同波形的信号光；b.调制之后的信号光进入光放大器(4)，放大器对光信号进行不同程度的功率放大，以得到不同平均功率下的信号光；c.放大器输出的光信号将作为布里渊泵浦光，通过第一光纤环形器(5)的
①
至
②
端口进入一段光纤中传输，同时也激发光纤中的受激布里渊散射效应；d.受到布里渊增益谱带宽的限制，信号光的调制情况对光群速度的加快程度产生影响，在同一正弦调制波形的情况下，调制频率不同，对应的光群速度的加快量也不同；e.在其他条件不变的情况下，当设置的调制频率越小的时候，监测到的时域波形的时间提前量越大，对应的群速度的加快量也越大。2.根据权利要求1所述的基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法，其特征在于：在半开放的光纤环形腔中，泵浦光信号进入到布里渊增益光纤(6)，同时这段光纤作为传输媒介；由于布里渊随机光纤激光振荡装置本身具有的单纵模激光运转的天然优势，其传输距离可以达到百米甚至千米的量级。3.根据权利要求1所述的基于布里渊随机光纤激光振荡的光速调控方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，肖哲澜，裘增欢，张吉临，谢浩然，蒋义坤，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：