[發明專利]可調諧時域雙光脈沖發生方法與發生器

無效

• 申請號: 201110009828.X
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102176104A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 張旭蘋;吳建偉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/35
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明是一種采用具有微納尺度的孔硅直波導為核心激活介質來實現時域雙光脈沖輸出的方法及光學裝置，所獲得的時域雙光脈沖主要應用在光纖傳感領域。

背景技術

光脈沖發生器得到人們的廣泛開發，但時域雙光脈沖的產生技術確較為鮮見。目前，人們已有應用Q開關技術來實現時域雙光脈沖的輸出，但采用此方案所獲得的時域雙光脈沖的時間持續長達微秒量級，輸出兩光脈沖的時間間隔較大并不能靈活操控，并且獲得的兩光脈沖具有明顯不同的峰值功率和脈沖寬度等時域特征。

發明內容

本發明的目的是提出一種可調諧時域雙光脈沖發生方法與發生器，尤其是采用以孔硅波導為核心元件的可調諧時域雙光脈沖發生方法與發明器，當操作波長位于常規通信波長1550nm附近時，獲得在時間域上具有相似光學特征的兩光脈沖，而且產生的光脈沖在脈沖寬度和分離時間上實現可控性，使產生的脈沖寬度具有亞納秒或納秒量級的短時間持續，兩脈沖的時間間隔也可通過初始脈沖寬度和強度的變化來實現在皮秒和納秒范圍內靈活操作。

本發明的技術解決方案是：可調諧時域雙光脈沖發生器，激光光源1，光放大器2，聚光鏡（非球面透鏡）3，孔硅直波導4，光纖透鏡5，耦合器（50:50?Y耦合器）6，光譜分析儀。采用以孔硅波導為核心元件的時域雙光脈沖發生裝置，由上述器件組成并依次連接，能產生具有亞納秒或納秒時間持續脈沖的激光光源1，光譜分析儀7，從耦合器（50:50?Y耦合器）的輸出端輸出雙光脈沖用于脈沖時域響應測量8。

本發明采用以孔硅波導為核心元件的可調諧時域雙光脈沖發生方法，主要應用孔硅介質為核心光學元件，當一個高強度的亞納秒或納秒量級以上時間持續的脈沖是高斯脈沖和其它具有一定上升時間和下降時間的光脈沖作為初始脈沖源入射到孔硅波導時，控制孔硅波導的長度和初始入射脈沖的寬度時就會得到時域特征十分相似的雙光脈沖輸出，而且所獲得的雙光脈沖的寬度和兩脈沖的分離時間可通過初始脈沖特征來靈活操控。

上述所得到的雙光脈沖有望應用到基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統中來克服空間分辨率和多普勒頻移之間的矛盾，并可用高精度和高空間分辨率來達到測量布里淵頻移的目的，從而提高整個系統的靈敏度和檢測范圍。

本發明的工作原理可描述為：當中心波長在1550?nm附近的光脈沖從激光源輸出后，經高增益的光放大器進行能量提高，然后通過非球面透鏡耦合進核心元件孔硅波導，在孔硅波導中，具有高強度的光脈沖將與孔硅介質發生強烈的非線性互作用過程，相應的非線性作用可通過以下理論模型來定量描述：

在式（1）中，A表示脈沖的慢變振幅，z是脈沖在波導中的傳輸距離，α是波導的線性損耗系數，β₂是脈沖的群速度色散參量，T是以群速度移動的時間坐標，c是光在真空中的光速，ω是光波角頻率，β_TPA是雙光子吸收系數，A_eff是光場的有效截面積，Δn_FCD和Δα_FCA分別表示與自由載流子成正比的的等離子色散和自由載流子吸收，又可分別表示為：

k_FCD表示自由載流子吸收系數，σ_FCA表示自由載流子吸收截面，ΔN是由雙光子吸收導致的自由載流子濃度，可按照以下方程來衡量：

式中τ_c是自由載流子復合時間。