光畴壁生成装置、激光器以及光畴壁生成方法

本发明涉及光纤，具体涉及一种光畴壁生成装置、激光器以及光畴壁生成方法。

背景技术：

1、光畴壁是借鉴磁学中磁畴的概念，是一种自局域型拓扑缺陷，可以连接物理系统中两个稳定的状态。在光学中发现的畴壁被证实可以连接两个偏振模式并且两个偏振模式通过畴壁结构互换。haelterman和sheppard通过描述矢量传播正交偏振态的隔离同质域，以及在克尔介质中抵抗(横向)衍射或(时间)色散传播而引入畴壁孤子的概念。后续实验验证了畴壁孤子的存在并且证明了偏振畴壁在传输方面的优势，实验证明畴壁在长距离无失真传输有一定的优势，并且利用畴壁的孤子特性建立的数据传输，超出了通常克尔非线性引起的限制。利用畴壁的相位还可以在每个域内进行编码以提高比特率，由于畴壁特殊的拓扑性质，偏振畴壁对于噪声和非线性损伤具有鲁棒性。畴壁的稳健特性可以在光通信、高功率脉冲传播、全光处理、数据存储和光畴壁生成装置方面找到许多应用，偏振分离也可以用于基于混沌的光数据传输，应用前景十分广泛。

2、但是畴壁对于光纤双折射非常敏感，目前仅在近零双折射光纤中实现了畴壁的观测。由于光纤双折射的难以消除，装置需要考虑其他的方法来消除双折射的影响，主要通过在谐振腔中加入偏振控制器，控制参数来消除谐振腔中双折射对畴壁的影响，存在参数难以调节控制，设备复杂昂贵的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种光畴壁生成装置、激光器以及光畴壁生成方法，旨在解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种光畴壁生成装置，所述光畴壁生成装置包括：

3、光信号调制组件，包括相连接的连续光纤激光器和第一偏振控制器，所述连续光纤激光器用于输出连续光信号，所述第一偏振控制器用于调节所述连续光信号的分光比，使得所述连续光信号分为偏振态相正交的te模式光信号和tm模式光信号；以及，

4、光纤环谐振腔，包括光纤环、第一耦合器和第二耦合器，所述光纤环包括沿其周向首尾相接的第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一保偏光纤的长度与所述第二保偏光纤的长度相同，且所述第一保偏光纤的快轴与所述第二保偏光纤的慢轴相对应、以及所述第一保偏光纤的慢轴与所述第二保偏光纤的快轴相对应，所述第一耦合器与所述第一保偏光纤、所述第一偏振控制器连接，用以将所述第一偏振控制器输入的部分连续光信号耦合至所述光纤环内振荡，所述第二耦合器与所述第一保偏光纤、所述第二保偏光纤连接，用于将经所述光纤环振荡后的连续光信号输出。

5、可选地，所述连续光纤激光器的工作波长为1550nm。

6、可选地，所述光信号调制组件还包括强度调制器、掺铒光纤放大器、光隔离器、光学带通滤波器、和脉冲模式发生器，所述连续光纤激光器、所述强度调制器、所述掺铒光纤放大器、所述光隔离器、所述光学带通滤波器和所述第一偏振控制器通过单模光纤依次连接，所述脉冲模式发生器与所述强度调制器通过单模光纤相连接。

7、可选地，所述光纤环谐振腔通过单模光纤与所述光信号调制组件连接。

8、可选地，所述光学带通滤波器为窄带带通可调光学滤波器。

9、可选地，所述光畴壁生成装置还包括反馈控制组件，所述反馈控制组件包括相连接的光电探测器和比例-微分-积分控制器，所述光电探测器与所述第一耦合器连接，所述比例-微分-积分控制器与所述光信号调制组件连接。

10、可选地，所述光畴壁生成装置还包括偏振模式分离组件，所述偏振模式分离组件包括依次连接的第三耦合器、第二偏振控制器和偏振分束器，所述第三耦合器与所述第二耦合器连接，所述第三耦合器用于将通过所述第二耦合器输入的连续光信号分为两路光信号，其中一路光信号为总光场，另一路光信号依次传输至所述第二偏振控制器和所述偏振分束器，并经所述偏振分束器分为所述te模式光信号和所述tm模式光信号。

11、可选地，所述第一耦合器的分光比为90/10；

12、所述第二耦合器的分光比为99/1；

13、所述第三耦合器的分光比为70/30。

14、本发明还提供一种激光器，包括光畴壁生成装置；

15、其中，所述光畴壁生成装置包括：

16、光信号调制组件，包括相连接的连续光纤激光器和第一偏振控制器，所述连续光纤激光器用于输出连续光信号，所述第一偏振控制器用于调节所述连续光信号的分光比，使得所述连续光信号分为偏振态相正交的te模式光信号和tm模式光信号；以及，

17、光纤环谐振腔，包括光纤环、第一耦合器和第二耦合器，所述光纤环包括沿其周向首尾相接的第一保偏光纤和第二保偏光纤，所述第一保偏光纤的长度与所述第二保偏光纤的长度相同，且所述第一保偏光纤的快轴与所述第二保偏光纤的慢轴相对应、以及所述第一保偏光纤的慢轴与所述第二保偏光纤的快轴相对应，所述第一耦合器与所述第一保偏光纤、所述第一偏振控制器连接，用以将所述第一偏振控制器输入的部分连续光信号耦合至所述光纤环内振荡，所述第二耦合器与所述第一保偏光纤、所述第二保偏光纤连接，用于将经所述光纤环振荡后的连续光信号输出。

18、本发明还提供一种光畴壁生成方法，采用上述的光畴壁生成装置，所述光畴壁生成方法包括以下步骤：

19、驱动连续光纤激光器产生连续光信号；

20、驱动偏振控制器调节所述连续光信号的分光比，以将所述连续光信号分为偏振态相正交的te模式光信号和tm模式光信号，并输出至第一耦合器，将另一部分连续光信号输入反馈控制组件；

21、通过所述第一耦合器将输入的所述连续光信号分为两部分，并将其中一部分连续光信号耦合至所述光纤环振荡；

22、经所述光纤环振荡后的连续光信号通过第二耦合器输出至第三耦合器，并通过所述第三耦合器将输入的连续光信号分为两路光信号，两路光信号中一路光信号为总光场，另一路光信号传输至偏振模式分离组件；

23、驱动所述第二偏振控制器调节光信号的分光比，并通过偏振分束器分为所述te模式光信号和所述tm模式光信号；

24、获取所述te模式光信号的时域波形、所述tm模式光信号的时域波形以及所述总光场的时域波形，若所述te模式光信号的时域波形和所述tm模式光信号的时域波形相对称、且所述te模式光信号和所述tm模式光信号存在能量交换，以及所述总光场的能量恒定，则确认光畴壁生成，否则，确认光畴壁未生成，并调节所述连续光信号的频率。

25、本发明的技术方案中，利用偏振态相正交的te模式光信号和tm模式光信号在所述光纤环的快慢轴中传播速度不一致的特性，可以避免环程累积过大的正交偏振光信号间群速度差值，通过设置所述第一保偏光纤和所述第二保偏光纤形成的谐振腔消除光纤中双折射效应的影响，使得所述光纤环虽然局部存在双折射，但是所述光纤环整体双折射几乎为零，以此使得两个偏振模式在强双折射光纤中依然可以保持对称，从而形成光畴壁；另外，相较于现有通过在光纤环谐振腔中设置偏振控制器控制参数消除双折射影响的设计，本发明提供的光畴壁生成装置通过设计所述光纤环的结构实现光畴壁生成，其结构简单，生成成本低。