[發(fā)明專利]基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定裝置及鎖定方法

在審

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• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106842765A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦祖軍;蔣曲博;葉松;張文濤;熊顯名
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02F1/35
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務(wù)所有限責任公司45112
• 代理人: 劉梅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光域信號處理技術(shù)，具體是基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定裝置及鎖定方法。

背景技術(shù)

光波屬于橫電磁波，偏振特性是其固有屬性之一。光纖通信技術(shù)中，光波偏振特性制約著部分光子器件的性能，促使各種新型偏振相關(guān)功能光域信號處理光子器件的迅速發(fā)展。因此，光波偏振演化及其操控是光纖領(lǐng)域的熱門技術(shù)。無論是偏振相關(guān)問題的解決還是偏振相關(guān)效應(yīng)的應(yīng)用，關(guān)鍵是如何實施對光波偏振取向的操控。實際光纖波導總會存在材料或者結(jié)構(gòu)的微觀缺陷，光波偏振取向在光纖中的演化具有隨機特征，致使光纖中光波偏振取向的操控極為困難。最簡便的光波偏振操控無源光學器件是偏振片：調(diào)整偏振片的透光取向，可以輸出任意角度的線偏振光波。該器件的缺陷在于偏振片輸出的光波振幅與光波輸入偏振取向密切相關(guān)。傳統(tǒng)的有源光波偏振操控方法基于有源光電子器件融合復雜反饋算法，如粒子群尋優(yōu)算法，模擬退火尋優(yōu)算法、遺傳算法等，這些算法在實際應(yīng)用中顯示出效率和優(yōu)勢，但在高速和超高速系統(tǒng)中受到電子器件響應(yīng)速度瓶頸的限制。

光纖三階非線性光學效應(yīng)響應(yīng)時間極短，且非線性增益具有偏振相關(guān)性，因此，基于光纖三階非線性偏振相關(guān)增益可對入射光波實施光域偏振鎖定。傳統(tǒng)上，光域偏振鎖定設(shè)計方案包含“同向結(jié)構(gòu)”和“反向結(jié)構(gòu)”。“同向結(jié)構(gòu)”中泵浦光波和信號光波在光纖中同向傳輸，偏振鎖定效率高、響應(yīng)速度快，適用于高速光信號的光域偏振鎖定；然而，“同向結(jié)構(gòu)”存在的嚴重問題是：由于泵浦光波偏振取向在光纖中隨機演化，使信號光波的輸出偏振具有隨機性和不可預知性，且無法有效實施對其輸出偏振取向的調(diào)節(jié)。“反向結(jié)構(gòu)”中泵浦光波和信號光波在光纖中反向傳輸，其優(yōu)點是信號光波的輸出偏振取向由泵浦光波的輸入偏振取向鎖定和調(diào)節(jié)?！胺聪蚪Y(jié)構(gòu)”的缺陷在于：響應(yīng)速度慢，一般響應(yīng)速度僅為微秒量級；泵浦光波功率高，需要8W或8W以上才能使信號光波偏振度大于0.9，實用性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定裝置及鎖定方法。

這種裝置的優(yōu)點是響應(yīng)速度快、操作方便、實用性好。

這種光域偏振鎖定方法設(shè)有二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施分布式、反向非線性放大，不僅增加了信號光波的偏振相關(guān)非線性增益和降低了非線性泵浦光波的功率要求，同時也使信號光波的輸出偏振取易于調(diào)節(jié)。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定裝置，包括順序連接的光學擾偏器、光學放大器、第一波分復用器、低雙折射光纖、第二波分復用器和光學濾波器，設(shè)有第一泵浦源通過第一偏振控制器與第一波分復用器連接，設(shè)有第二泵浦源通過第二偏振控制器與第二波分復用器連接。

第一波分復用器對偏振控制后的第一泵浦源和擾偏后的信號光波實施合束，前向注入低雙折射光纖；第二波分復用器將偏振控制后的第二泵浦源后向注入低雙折射光纖，并輸出光域偏振鎖定的信號光波。

所述光學放大器的工作波段涵蓋C+L波段。

所述低雙折射光纖為C+L波段單模光纖，低雙折射光纖的偏振模色散系數(shù)不大于0.05ps/。

所述第一泵浦源為一階非線性泵浦源，第一泵浦源經(jīng)第一偏振控制器產(chǎn)生具有確定偏振取向的前向傳輸非線性泵浦光波，前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中與信號光波的傳輸方向相同。

所述第二泵浦源為二階非線性泵浦源，第二泵浦源經(jīng)第二偏振控制器產(chǎn)生具有確定偏振取向的后向傳輸非線性泵浦光波，后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中與信號光波、第一泵浦源產(chǎn)生的一階非線性泵浦光波傳輸方向相反。

所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對輸入信號光波實施偏振相關(guān)受激拉曼散射放大時，前向傳輸非線性泵浦光波頻率等于信號光波頻率和低雙折射光纖的拉曼頻移之和。

所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對輸入信號光波實施偏振相關(guān)參量放大時，前向傳輸非線性泵浦光波的波長與低雙折射光纖的零色散波長之差的絕對值小于10nm。

所述后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對前向傳輸非線性泵浦光波實施偏振相關(guān)受激拉曼散射放大，后向傳輸非線性泵浦光波頻率等于前向傳輸非線性泵浦光波頻率和低雙折射光纖的拉曼頻移之和。

基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定方法，包括所述基于光纖非線性增益偏振相關(guān)性的光域偏振鎖定裝置，具體步驟如下：