[發明專利]一種基于半導體量子點的光脈沖自相似放大裝置

在審

• 申請號: 202110759023.0
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113328327A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 何俊榮;王可畏;徐四六;段云秀
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/082
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務所(普通合伙) 42249
• 代理人: 劉喜

本發明提供了一種基于半導體量子點的光脈沖自相似放大裝置，屬于光纖通訊技術領域。包括光脈沖源、泵浦源、光耦合器、光展寬器、半導體量子點、光壓縮器、輸出光束；所述光脈沖源、所述泵浦源的輸出連接至所述光耦合器的輸入，所述光耦合器的輸出與所述光展寬器的輸入連接、所述光展寬器的輸出連接所述半導體量子點的輸入、所述半導體量子點的輸出與所述光壓縮器的輸入連接，所述光壓縮器的輸出即為自相似放大光脈沖。本發明具有能夠提高光脈沖的能量及質量等優點。

技術領域

本發明屬于光纖通信技術領域，涉及一種光脈沖自相似放大裝置，具體涉及一種利用半導體量子點波導實現光脈沖自相似放大的裝置。

背景技術

近年來，產生和傳輸高能量、具有嚴格線性啁啾特性的光脈沖是光纖通信領域的研究熱點之一。為了進一步提高輸出的單脈沖能量，可以在光纖放大器中利用非線性光譜展寬作為實現皮秒脈沖到飛秒脈沖的壓縮。然而，光脈沖在進行非線性放大的過程中，自相位調制(SPM)效應會引入無法壓縮的非線性啁啾，嚴重降低了輸出脈沖的質量。

光脈沖自相似放大能夠很好地解決光脈沖放大過程中的非線性啁啾問題，可以得到高強度、高質量的光脈沖。光脈沖自相似放大是由于光纖的非線性特性作用所產生的一種漸進型脈沖，此脈沖的能量能夠被顯著放大，而且具有很強的線性啁啾。特別地，由于光脈沖自相似放大的特性只與入射脈沖的初始能量和光纖參數有關，而與入射脈沖的形狀無關，因此，光脈沖自相似放大能有效的提高輸出脈沖的功率。另外，在高功率傳輸時，自相似光脈沖還具有抵御光波分裂的能力。正因為自相似光脈沖具有上述優點，光脈沖自相似放大對于光纖通信的發展具有重要的應用意義和價值。

2000年，文獻(Fermann M E,Kruglov V I,Thomsen B C,et al.Self-SimilarPropagation and Amplification of Parabolic Pulses in Optical Fibers[J].Physical Review Letters,2000,84(26):6010-6013)對自相似放大理論進行了詳細的闡釋和實驗驗證，他們將非拋物線型脈沖在摻Yb³⁺的正色散增益光纖中放大得到了拋物線型脈沖輸出，并且論證了其在傳輸中脈沖形狀不會發生改變，同時時域脈沖寬度和峰值功率會隨著傳輸距離的增加而增加，不斷積累容易被補償的線性啁啾，自相似光脈沖實現30分貝的放大倍數所用摻Yb³⁺增益光纖長度為3.6m。

2007年，Papadopoulos D N等人在大模場雙包層光子晶體光纖中實現了自相似脈沖放大，得到了11.5W，29nJ，63fs的近變換極限脈沖，但其所用光子晶體光纖長度高達6.5m(Papadopoulos D N,Zaouter Y,Hanna M,et al.Generation of 63fs 4.1MW peak powerpulses from a parabolic fiber amplifier operated beyond the gain bandwidthlimit[J].Optics Letters,2007,32(17):2520-2.)。

2018年，天津大學研究組建立緊湊型的自相似光脈沖放大模型，最終在2米摻Yb³⁺短光纖中實現了快速自相似演化，得到66fs、平均功率為6.1W的近變換極限脈沖(SongHuanyu,Liu Bowen,Chen Wei,et al.Femtosecond laser pulse generation with self-similar amplification of picosecond laser pulses[J].Optics express,2018,26(20))。

綜上所述，目前對自相似光脈沖放大的裝置及技術如圖1所示，采用摻鐿光纖作為增益介質實施光脈沖的自相似放大。然而，這種光脈沖自相似放大系統為了給自相似演化提供足夠長的演化距離，一般需要較長的摻鐿光纖作為增益介質，這就一方面需要更多的摻鐿光纖材料，增大了生產耗材和成本；另一方面導致更容易產生受激拉曼效應，從而限制光脈沖自相似放大的輸出能量。