一种孤子数量可调锁模光纤激光器的制作方法

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种孤子数量可调锁模光纤激光器。

背景技术：

光孤子是能在光纤中传播时长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲，是由光纤中两种最基本的物理现象，即群速度色散和自相位调制共同作用形成的。利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信，对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。

在光孤子通信系统中，由一定数量孤子组成的稳定孤子束可以看作一个单元和局部波，作为数据载体，对字母扩展进行编码，从而可以提高数据传输的比特率。数据流使用以孤子束中的孤子数量为特征的符号：逻辑0，1(单孤子)，2(两个孤子)和3(三个孤子)。根据公式：比特率＝波特率*log2m，其中m是信号的编码级数，可以知道这种四进制编码方案(m＝4)使现有二进制系统(m＝2)的数据承载能力翻倍。随着更多的孤子聚集在一起，有望可以进一步提高比特率。

目前，对孤子束的研究主要集中在标量光纤激光器上，孤子是从一个偏振轴产生的。可以注意到这些孤子束状态很难长期维持，因为孤子的数量及其位置对泵浦功率和偏振状态的扰动极为敏感，这阻碍了实际应用的发展。

技术实现要素：

为了有效提高孤子束状态的长期稳定性以及孤子数量的多样性，本发明提供了一种孤子数量可调锁模光纤激光器，装置结构简单紧凑、操作方便，通过调节泵浦能量以偏振控制器实现了稳定的孤子束输出，孤子束中的孤子数量可以灵活地从1调整为6。

本发明是以如下技术方案实现的：包括泵浦源1和光纤谐振腔12。其中，光纤谐振腔由波分复用器2、掺铒光纤3、隔离器4、可饱和吸收体5、偏振控制器6、偏振路径辅助模块11和第二光纤耦合器10依次首尾连接起来。其中，偏振路径辅助模块11由偏振分束器7、第一光纤耦合器8和偏振合束器9依次连接而成。

进一步地，所述泵浦源1为普通单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长为976nm，对应于掺铒光纤3的泵浦吸收峰。

进一步地，所述波分复用器2的工作波长是980/1550nm，其尾纤为普通单模光纤。

进一步地，所述掺铒光纤3型号为nufernsm-esf-7/125，长度为2.5m。

进一步地，所述光隔离器4采用中心波长为1550nm的与偏振无关的隔离器，其尾纤为普通单模光纤。

进一步地，所述可饱和吸收体5材料为碳纳米管。

进一步地，所述偏振控制器6采用三片线圈旋转式偏振控制器。

进一步地，所述偏振路径辅助模块11由偏振分束器7、第一光纤耦合器8和偏振合束器9依次由保偏单模光纤连接而成。所述偏振分束器7具有两个输出端口，分别为快轴输出端口7a和慢轴输出端口7b。所述偏振合束器9具有两个输入端口，分别为快轴输入端口9a和慢轴输入端口9b。快轴和慢轴分别为两个正交偏振轴。快轴输出端口9a与快轴输入端口9a通过相连，慢轴输出端口9b与慢轴输入端口9b相连，产生两条支路。所述第一光纤耦合器8插入两条支路的任意一路。

进一步地，所述第一光纤耦合器8采用20:80光纤耦合器，其尾纤为保偏单模光纤。

进一步地，所述第二光纤耦合器10采用20:80光纤耦合器，其尾纤为普通单模光纤。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：1、本发明装置采用全光纤全结构，光束质量高，稳定性好，便于熔接耦合，维护方便。2.本发明装置通过引入偏振路径辅助模块，减弱了孤子之间的相互作用，保证了孤子束良好的的长期稳定性。3、本发明装置所产生的孤子束中的孤子数量灵活可调。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种孤子数量可调锁模光纤激光器的结构示意图；

图2为实验产生的具有交替往返时间的单孤子状态；

图3为实验产生的“1+2”孤子状态；

图4为实验产生的“2+2”孤子状态；

图5为实验产生的“2+3”孤子状态；

图6为实验产生的“3+3”孤子状态。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种孤子数量可调锁模光纤激光器的结构示意图如图1所示，该装置包括泵浦源1和光纤谐振腔12。其中，光纤谐振腔由波分复用器2、掺铒光纤3、隔离器4、可饱和吸收体5、偏振控制器6、偏振路径辅助模块11和第二光纤耦合器10依次首尾连接起来。其中，偏振路径辅助模块11由偏振分束器7、第一光纤耦合器8和偏振合束器9依次连接而成。

所述泵浦源1为普通单模光纤耦合的半导体激光器，其中心波长为976nm，对应于掺铒光纤3的泵浦吸收峰，通过980/1550nm波分复用器2耦合进入光纤谐振腔。

所述掺铒光纤3作为增益光纤为谐振腔提供增益，型号为nufernsm-esf-7/125，长度为2.5m。

所述光隔离器4采用中心波长为1550nm的与偏振无关的隔离器，用于确保激光单向传输，消除有害反射，其尾纤为普通单模光纤。

所述可饱和吸收体5材料为碳纳米管，是实现锁模的核心器件。当脉冲通过可饱和吸收体时，由于强光透射率大而弱光透射率小，因此脉冲峰值损耗小，而边缘损耗大，相当于对脉冲进行压缩窄化。脉冲在腔内每运动一周，就会受到可饱和吸收体作用一次，于是脉冲峰值和边缘能量相差越来越大，进而得到超短脉冲。

所述偏振控制器6采用三片线圈旋转式偏振控制器。

所述偏振路径辅助模块11由偏振分束器7、第一光纤耦合器8和偏振合束器9依次由保偏单模光纤连接而成。所述偏振分束器7首先将激光分成沿x和慢轴(两个正交偏振轴)的两束线偏光，分别由快轴输出端口7a和慢轴输出端口7b输出，经两个支路保偏光纤分别传输到快轴输入端口9a和慢轴输入端口9b，通过所述偏振合束器10重新合并成一路。沿快轴和慢轴传输的两束光经过的路径不同，所以在腔内运动一周所需时间不同。

所述第一光纤耦合器8采用20:80光纤耦合器，插入两条支路的任意一路，用于表征沿该支路的输出特征，并在两个正交路径之间引入明显的长度差，其尾纤为保偏单模光纤。

所述第二光纤耦合器10采用20:80光纤耦合器，作为光纤谐振腔输出端口，其尾纤为普通单模光纤。

当所述第一光纤耦合器8插入快轴支路，沿快轴支路的总腔长为17m，沿慢轴支路的总腔长为17m，泵浦功率为100mw时，通过调节偏振控制器6，使孤子在通过谐振腔的单模光纤部分(从偏振合束器9到偏振分束器7)之后，偏振态总是旋转了90°。因此，从两个正交偏振轴产生的孤子在每次往返过程中都沿着不同的路径传播，得到了具有交替往返时间的单孤子。两个输出端口的结果通过示波器(osc,tektronixdpo4104)测量，如图2所示。孤子沿快轴支路的往返时间为85ns，沿慢轴支路的往返时间为75ns。如果将来自第一光纤耦合器8输出的160ns重复率视为基本重复率，则可以将来自第二光纤耦合器10的输出视为“1+1”孤子状态，其中包含两个160ns的周期脉冲序列。

根据峰值功率钳制原理，只要泵浦功率足够大，就容易获得孤子束状态。为了增加孤子的数量，获得孤子束，我们进一步提高泵浦功率。在这种情况下，非线性相移会随着脉冲能量而改变。因此，我们必须稍微旋转偏振控制器6，通过线性双折射来补偿非线性相移，以确保在普通单模光纤部分每次往返的偏振状态均旋转90°。使从两个正交偏振轴产生的孤子在每次往返过程中都沿着不同的路径传播，极大地减弱了孤子之间的相互作用。图3-6分别显示了“1+2”，“2+2”，“2+3”和“3+3”孤子状态的示波器截屏，它们在实验室条件下均可稳定运行八个小时以上。结果显示，我们可以借助偏振路径辅助模块11灵活地控制生成的矢量孤子束的结构。孤子束中孤子的数量随泵浦功率的增加而增加，孤子的位置与两个支路的长度差有关。从理论上分析，要在孤子束中获得更多孤子，我们只需要增加往返时间并减小支路的长度差即可。

综上所述，本发明一种孤子数量可调锁模光纤激光器结构简单紧凑、操作方便，输出的孤子束具有良好的长期稳定性且孤子束中的孤子数量灵活可调，可以作为光通信中的数据载体，从而提高数据传输的比特率。

上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。