專利名稱：一種可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可對周期性光脈沖波形整 形與波長變換的裝置。
技術(shù)背景波長可調(diào)節(jié)的超短脈沖激光器是實現(xiàn)超高速、大容量全光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的一種關(guān)鍵技術(shù)。它在波長分割復(fù)用(WDM)、光時間分割復(fù)用(0TDM)、 WDM/0TDM 混合復(fù)用系統(tǒng)以及超高速全光信號處理方面都有著非常重要的應(yīng)用價值。目前 高速光通信或光信號處理領(lǐng)域所采用的超短脈沖激光器按照其結(jié)構(gòu)和材料可以 大致分為兩種類型 一種是基于摻稀土材料光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光器；另一種是 半導(dǎo)體激光器。鎖模光纖激光器輸出的脈沖序列雖然具有一定的波長調(diào)節(jié)范圍， 但是其工作穩(wěn)定性差，并且在調(diào)節(jié)其工作波長的過程中，由于對激光器的腔長 有影響，這就容易造成鎖模光纖激光器的失鎖，引起激光器工作性能惡化，甚 至停止工作；對于半導(dǎo)體激光器來講，其工作性能較為穩(wěn)定，但是其波長可調(diào) 范圍一般都很有限，無法滿足通信系統(tǒng)應(yīng)用的多波長可調(diào)輸出的要求，這將會 限制其應(yīng)用范圍。隨著超快光學(xué)的發(fā)展，特別是高速光通信系統(tǒng)的普及應(yīng)用，需要對光脈沖 信號的形狀和脈沖寬度等特性進行精確的控制和調(diào)節(jié)，以滿足各種應(yīng)用情況的 要求。而目前所使用的脈沖激光器的輸出光脈沖信號波形， 一般都具有固定的 脈沖寬度和形狀，無法根據(jù)實際系統(tǒng)要求需要進行調(diào)節(jié)。這就需要對脈沖激光 器的輸出光信號波形進行相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)節(jié)或/和信號波形整形處理。特別是近年來，隨著長途高速光纖通信系統(tǒng)的大量使用，波長可調(diào)諧、脈 沖寬度可變的脈沖激光器的重要作用已顯得越來越顯著了。例如，長途W(wǎng)DM系統(tǒng)可以通過在發(fā)射端使用有效的可調(diào)脈沖寬度管理方式，實現(xiàn)其傳輸性能的優(yōu) 化，并顯著增加傳輸距離。另外，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中采用可調(diào)脈沖寬度管理方 式還能有助于系統(tǒng)的升級換代，有效降低系統(tǒng)的維修和運行成本。而目前的脈沖激光產(chǎn)生技術(shù)不能滿足多種的光脈沖波形、光信號傳輸速率 與傳輸格式的要求，從而限制了這類超短脈沖激光器的實際應(yīng)用范圍，尤其是 在迅速發(fā)展的高速大容量光通信領(lǐng)域，因此很有必要提供一種針對脈沖激光器 輸出的周期性光脈沖序列進行光信號的波形與波長變換的裝置。 實用新型內(nèi)容本實用新型為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，而提供了一種能夠根據(jù) 實際需要靈活地對輸出光脈沖信號的中心波長進行寬范圍連續(xù)調(diào)節(jié)、能夠?qū)?脈沖信號的輸出脈沖寬度進行調(diào)節(jié)，同時還能實現(xiàn)對光脈沖信號波形的整形處 理的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置。本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型為一種可對周期性光脈沖波形 整形與波長變換的裝置，其特殊之處在于:所述可對周期性光脈沖波形整形與 波長變換的裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號選擇 器和光學(xué)反饋回路；短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；半導(dǎo)體光放大器接入 光學(xué)頻譜分量信號選擇器；光學(xué)頻譜分量信號選擇器通過光學(xué)反饋回路接入半 導(dǎo)體光放大器。上述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第一光纖耦合 器，短脈沖激光器通過第一光纖耦合器接入半導(dǎo)體光放大器。上述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第一光隔離器， 光纖耦合器通過第一光隔離器接入半導(dǎo)體光放大器。上述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第二光隔離器， 所述半導(dǎo)體光放大器通過第二光隔離器接入光學(xué)頻譜分量信號選擇器。上述光學(xué)頻譜分量信號選擇器包括第一光帶通濾波器、摻鉺光纖放大器和第二光纖耦合器，光帶通濾波器接入摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器通過第 二光纖耦合器接入光學(xué)反饋回路。上述光學(xué)頻譜分量信號選擇器還包括第二光帶通濾波器，所述摻鉺光纖放 大器通過第二光帶通濾波器接入第二光纖耦合器。上述光學(xué)反饋回路為可調(diào)光延遲線。本實用新型具有以下優(yōu)點1、 能夠靈活地對輸出光脈沖信號的中心波長進行調(diào)節(jié)。本實用新型將重復(fù) 頻率為/,的周期性光脈沖序列輸入到半導(dǎo)體光放大器(SOA)中，對其增益介 質(zhì)產(chǎn)生調(diào)制。在此影響下，半導(dǎo)體光放大器的寬光譜自發(fā)輻射噪聲信號也被調(diào) 制。然后利用一個光學(xué)頻譜分量信號選擇器對經(jīng)過調(diào)制后的自發(fā)輻射噪聲信號 進行濾波處理，挑選出所需波長4,的光譜分量，再通過一個光學(xué)反饋回路將它 注入到半導(dǎo)體光放大器中。該反饋信號進入到半導(dǎo)體光放大器之后將會被再次 放大增強，以補償系統(tǒng)反饋回路損耗和脈沖輸出所造成的衰減。通過精確調(diào)節(jié) 光延遲線的延遲，使得輸入光脈沖序列的重復(fù)頻率為所形成環(huán)形回路自身振蕩 頻率周期的整數(shù)倍，反饋信號和內(nèi)部的調(diào)制光信號相互作用，形成類似環(huán)型腔 鎖模激光器的振蕩模式，從而在半導(dǎo)體光放大器的輸出端獲得重復(fù)頻率為乂、 中心波長為4,的穩(wěn)定的光脈沖序列，并且被轉(zhuǎn)換后的光信號中心波長義。 ,數(shù)值是可以根據(jù)需要由光學(xué)頻譜分量信號選擇器在SOA自發(fā)輻射噪聲的寬光譜范圍內(nèi) 進行靈活設(shè)定的。2、 可以對輸出光脈沖信號的脈沖波形進行整形處理。本實用新型通過精密 調(diào)節(jié)光延遲線，改變整個裝置的腔長，從而改變反饋信號與原始外部注入光脈 沖周期性信號之間的不同的時間延遲，可以獲得不同形狀的輸出光脈沖序列， 包括超短脈沖輸出和方波脈沖輸出。通過調(diào)節(jié)精密光延遲線可以實現(xiàn)不同脈沖 波形輸出的在線轉(zhuǎn)換。3、 可對光脈沖信號脈沖光/方波的脈沖寬度進行調(diào)節(jié)。本實用新型還可以通過改變半導(dǎo)體光放大器的注入電流值達到對自發(fā)輻射噪聲信號的強度以及半導(dǎo) 體光放大器的增益進行調(diào)節(jié)的目的，能影響輸出端經(jīng)過了轉(zhuǎn)換后的光信號的脈 沖寬度或者方波脈沖的占空比。同時，外部脈沖信號的輸入功率也能影響輸出 光脈沖或方波脈沖的脈沖寬度。通過綜合調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器的注入電流和外 部脈沖信號的注入功率，可以獲得在較寬范圍內(nèi)光脈沖或方波脈沖的脈沖寬度 調(diào)節(jié)。

圖l為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型調(diào)節(jié)濾波器的中心波長得到的不同轉(zhuǎn)換波長的脈沖序列圖；圖4為本實用新型在半導(dǎo)體光放大器4的不同注入電流下方波脈沖輸出圖； 圖5為方波脈沖脈沖寬度隨外部注入脈沖功率的變化關(guān)系圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括短脈沖激光器l、半導(dǎo)體光放大器4 (SOA)、光 學(xué)頻譜分量信號選擇器11和光學(xué)反饋回路10;短脈沖激光器1接入半導(dǎo)體光放大器4;半導(dǎo)體光放大器4接入光學(xué)頻譜分量信號選擇器11;光學(xué)頻譜分量信號選擇器11通過光學(xué)反饋回路10接入半導(dǎo)體光放大器4，短脈沖激光器1負(fù)責(zé) 產(chǎn)生重復(fù)頻率為/、的周期性光脈沖序列，并將該周期性光脈沖序列傳送于半導(dǎo)體光放大器4;半導(dǎo)體光放大器4對重復(fù)頻率為乂.的周期性光脈沖序列的增益介質(zhì)產(chǎn)生調(diào)制，并傳送于光學(xué)頻譜分量信號選擇器11;光學(xué)頻譜分量信號選擇器11對經(jīng)過調(diào)制后的自發(fā)輻射噪聲信號進行濾波處理，挑選出所需波長;L的光譜分量，再通過一個光學(xué)反饋回路10將它注入到半導(dǎo)體光放大器4中。參見圖2，本實用新型具體實施例的結(jié)構(gòu)包括依次順序接入的短脈沖激光器 1、第一光纖耦合器2、第一光隔離器3、半導(dǎo)體光放大器4 (SOA)、第二光隔離器5、第一光帶通濾波器6、摻鉺光纖放大器7、第一光帶通濾波器8和第二 光纖耦合器9，第二光纖耦合器9通過光學(xué)反饋回路10接入半導(dǎo)體光放大器4。 其中第一光帶通濾波器6、摻鉺光纖放大器7、第一光帶通濾波器8和第二光纖 耦合器9構(gòu)成光學(xué)頻譜分量信號選擇器11。光學(xué)反饋回路10具體可采用高精度 可調(diào)光延遲線，通過精確調(diào)節(jié)高精度可調(diào)光延遲線10的延遲長度，以調(diào)節(jié)反饋 信號中與輸入脈沖的相對延時時間，從而可以在變換信號的輸出端獲取方波或 者超短脈沖變換光輸出，改變半導(dǎo)體光放大器4的注入電流(改變增益)或者 改變外部輸入信號的輸入功率，可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈沖寬度。為了減少系統(tǒng) 反向的反射信號對整個變換器穩(wěn)定性及其變換性能的影響，本實用新型在半導(dǎo) 體光放大器4的兩側(cè)分別加了增加了一只光隔離器，即第一光隔離器3和第二 光隔離器5，以確保在腔內(nèi)光沿要求方向進行傳輸。本實用新型的短脈沖激光器1具體可采用一個重復(fù)頻率為10GHz，脈沖寬 度為1.5ps的半導(dǎo)體主動鎖模激光器產(chǎn)生的鎖模激光脈沖作為本實用新型的外部 輸入信號。本實用新型不局限于該種激光器，實驗驗證其它脈沖寬度的同重復(fù) 頻率的激光脈沖可以作為本實用新型的外部輸出信號，可以達到同樣的效果。 通過綜合調(diào)節(jié)該變換器，可以實現(xiàn)對該輸入脈沖的波長變換、脈寬調(diào)節(jié)及波形 整形等處理，該輸入脈沖序列的中心波長位于1551nm， 3dB光譜寬度為約2nm。 將該鎖模脈沖光序列通過一個分光比為50: 50、 3dB的第一光纖耦合器2的一 個輸入端口，輸入到本實用新型的裝置中。該光脈沖經(jīng)過第一光隔離器3，然后 進入到半導(dǎo)體光放大器4 (CIP公司)中。由于半導(dǎo)體光放大器4中存在交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制和交叉增益飽和效應(yīng)等非線性現(xiàn)象，輸入的超短激光脈 沖會對半導(dǎo)體光放大器4的增益介質(zhì)進行調(diào)制，改變其增益大小及增益介質(zhì)的 折射率，從而對其自發(fā)輻射噪聲譜也產(chǎn)生時域調(diào)制。半導(dǎo)體光放大器4的輸出 光(包括放大的原輸入光和半導(dǎo)體光放大器4的自發(fā)輻射噪聲信號)在經(jīng)過第 二光隔離器5之后，被一個3dB帶寬為1.4nm的第一光帶通濾波器6濾出濾波器的中心波長對應(yīng)的一部分噪聲分量，選擇部分受到信號調(diào)制的自發(fā)輻射信號，并阻擋輸入的信號光。第一光帶通濾波器6的其中心波長可以在1530~1570nm 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。濾波器的帶寬限定了該系統(tǒng)的帶寬。其帶寬對轉(zhuǎn)換脈沖的上 升沿、下降沿以及直接輸入脈沖的寬度有影響。由于濾波器的插損較大，需要 利用摻鉺光纖放大器(EDFA) 7將其輸出信號進行放大，以補償濾波器所帶來 的額外的功率損失。同時為了消除摻鉺光纖放大器7所加入的自發(fā)輻射噪聲， 利用第二光帶通濾波器8，消除部分噪聲信號，增加信號的信噪比，獲得更好的 信號質(zhì)量。其輸出信號，利用第二光纖耦合器9取出其中的一部分光能量作為 本實用新型裝置的輸出；另一部分，通過一個高精度可調(diào)光延遲線10反饋回半 導(dǎo)體光放大器4的輸入端，形成反饋回路。該高精度可調(diào)光延遲線10的作用是 精確的控制腔長，從而可以使外部注入脈沖的重復(fù)頻率與所形成反饋腔長度做 決定的基頻的倍數(shù)相等，從而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的變換輸出脈沖。通過精確的調(diào)節(jié) 延時大小，使反饋信號與輸入的脈沖具有特定的時間關(guān)系，從而可以實現(xiàn)方波 脈沖輸出或者波長變換輸出。參見圖3，本實用新型通過調(diào)節(jié)第一光帶通濾波器6和第二光帶通濾波器8 的中心波長，可以獲得在其調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任意波長脈沖的連續(xù)調(diào)節(jié)，圖3a為濾 波器中心波長1530nm時的脈沖序列圖，圖3b為濾波器中心波長1540nm時的 脈沖序列圖，圖3c為濾波器中心波長1550nm時的脈沖序列圖，圖3d為濾波器 中心波長1560mn時的脈沖序列圖。改善濾波器的濾波性能，可以提高本實用新型的變換效果。例如增加濾波 器的濾波帶寬，可以對具有更短上升時間的脈沖光的波長變換。通過增加濾波 器的波長可調(diào)寬度，可以增加轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換帶寬長度。參見圖4，在將脈沖轉(zhuǎn)換到任意波長時，通過改變外部注入脈沖的功率或者 調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光放大器4的注入電流大小，可以實現(xiàn)對輸出脈沖寬度的調(diào)節(jié)。在 將脈沖轉(zhuǎn)換到任意波長時，通過精確的調(diào)節(jié)高精度可調(diào)光延遲線10的延遲時間，可以得到方波或者脈沖的輸出，圖4給出了濾波器中心波長為1532nm情況下， 反饋為lmW，調(diào)節(jié)光延時線的延遲時間，所得到方波輸出。調(diào)節(jié)SOA注入的 電流，得到的可調(diào)占空比方波脈沖輸出。圖4a為SOA的注入電流為75mA時， 輸出脈沖寬度為44.91ps，圖4b為SOA的注入電流為130mA時，輸出脈沖寬度 為63.56ps，圖4c為SOA的注入電流為160mA時，輸出脈沖寬度為70.03ps,， 圖4d為SOA的注入電流為300mA時，輸出脈沖寬度為78.65ps。參見圖5，通過調(diào)節(jié)電流，可以實現(xiàn)占空比可調(diào)的方波序列連續(xù)調(diào)節(jié)輸出。 另外，改變輸入信號的功率也可以調(diào)節(jié)輸出方波序列的脈沖寬度。通過綜合調(diào) 節(jié)外部注入光功率已經(jīng)SOA的注入電流，可以獲得得到最小占空比為26%，最 大占空比為79%的方波轉(zhuǎn)換輸出。
權(quán)利要求1、一種可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置，其特征在于所述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號選擇器和光學(xué)反饋回路；所述短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；所述半導(dǎo)體光放大器接入光學(xué)頻譜分量信號選擇器；所述光學(xué)頻譜分量信號選擇器通過光學(xué)反饋回路接入半導(dǎo)體光放大器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置， 其特征在于所述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第一光 纖耦合器，所述短脈沖激光器通過第一光纖耦合器接入半導(dǎo)體光放大器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置， 其特征在于所述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第一光 隔離器，所述光纖耦合器通過第一光隔離器接入半導(dǎo)體光放大器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置， 其特征在于所述可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置還包括第二光 隔離器，所述半導(dǎo)體光放大器通過第二光隔離器接入光學(xué)頻譜分量信號選擇器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長 變換的裝置，其特征在于所述光學(xué)頻譜分量信號選擇器包括第一光帶通濾波 器、摻鉺光纖放大器和第二光纖耦合器，所述光帶通濾波器接入摻鉺光纖放大 器，所述摻鉺光纖放大器通過第二光纖耦合器接入光學(xué)反饋回路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置， 其特征在于所述光學(xué)頻譜分量信號選擇器還包括第二光帶通濾波器，所述摻鉺光纖放大器通過第二光帶通濾波器接入第二光纖耦合器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置，其特征在于所述光學(xué)反饋回路為可調(diào)光延遲線。
專利摘要本實用新型涉及一種可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置，該裝置包括短脈沖激光器、半導(dǎo)體光放大器、光學(xué)頻譜分量信號選擇器和光學(xué)反饋回路；短脈沖激光器接入半導(dǎo)體光放大器；半導(dǎo)體光放大器接入光學(xué)頻譜分量信號選擇器；光學(xué)頻譜分量信號選擇器通過光學(xué)反饋回路接入半導(dǎo)體光放大器。本實用新型提供了一種能夠根據(jù)實際需要靈活地對輸出光脈沖信號的中心波長進行寬范圍連續(xù)調(diào)節(jié)、能夠?qū)饷}沖信號的輸出脈沖寬度進行調(diào)節(jié)，同時還能實現(xiàn)對光脈沖信號波形的整形處理的可對周期性光脈沖波形整形與波長變換的裝置。
文檔編號H04J14/02GK201174705SQ20082002879
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者延雙毅, 張建國, 衛(wèi) 趙 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所