[发明专利]可调谐时域双光脉冲发生方法与发生器

说明书

技术领域

本发明是一种采用具有微纳尺度的孔硅直波导为核心激活介质来实现时域双光脉冲输出的方法及光学装置，所获得的时域双光脉冲主要应用在光纤传感领域。

背景技术

光脉冲发生器得到人们的广泛开发，但时域双光脉冲的产生技术确较为鲜见。目前，人们已有应用Q开关技术来实现时域双光脉冲的输出，但采用此方案所获得的时域双光脉冲的时间持续长达微秒量级，输出两光脉冲的时间间隔较大并不能灵活操控，并且获得的两光脉冲具有明显不同的峰值功率和脉冲宽度等时域特征。

发明内容

本发明的目的是提出一种可调谐时域双光脉冲发生方法与发生器，尤其是采用以孔硅波导为核心元件的可调谐时域双光脉冲发生方法与发明器，当操作波长位于常规通信波长1550nm附近时，获得在时间域上具有相似光学特征的两光脉冲，而且产生的光脉冲在脉冲宽度和分离时间上实现可控性，使产生的脉冲宽度具有亚纳秒或纳秒量级的短时间持续，两脉冲的时间间隔也可通过初始脉冲宽度和强度的变化来实现在皮秒和纳秒范围内灵活操作。

本发明的技术解决方案是：可调谐时域双光脉冲发生器，激光光源1，光放大器2，聚光镜（非球面透镜）3，孔硅直波导4，光纤透镜5，耦合器（50:50 Y耦合器）6，光谱分析仪。采用以孔硅波导为核心元件的时域双光脉冲发生装置，由上述器件组成并依次连接，能产生具有亚纳秒或纳秒时间持续脉冲的激光光源1，光谱分析仪7，从耦合器（50:50 Y耦合器）的输出端输出双光脉冲用于脉冲时域响应测量8。

本发明采用以孔硅波导为核心元件的可调谐时域双光脉冲发生方法，主要应用孔硅介质为核心光学元件，当一个高强度的亚纳秒或纳秒量级以上时间持续的脉冲是高斯脉冲和其它具有一定上升时间和下降时间的光脉冲作为初始脉冲源入射到孔硅波导时，控制孔硅波导的长度和初始入射脉冲的宽度时就会得到时域特征十分相似的双光脉冲输出，而且所获得的双光脉冲的宽度和两脉冲的分离时间可通过初始脉冲特征来灵活操控。

上述所得到的双光脉冲有望应用到基于布里渊散射的分布式光纤传感系统中来克服空间分辨率和多普勒频移之间的矛盾，并可用高精度和高空间分辨率来达到测量布里渊频移的目的，从而提高整个系统的灵敏度和检测范围。

本发明的工作原理可描述为：当中心波长在1550 nm附近的光脉冲从激光源输出后，经高增益的光放大器进行能量提高，然后通过非球面透镜耦合进核心元件孔硅波导，在孔硅波导中，具有高强度的光脉冲将与孔硅介质发生强烈的非线性互作用过程，相应的非线性作用可通过以下理论模型来定量描述：

在式（1）中，A表示脉冲的慢变振幅，z是脉冲在波导中的传输距离，α是波导的线性损耗系数，β₂是脉冲的群速度色散参量，T是以群速度移动的时间坐标，c是光在真空中的光速，ω是光波角频率，β_TPA是双光子吸收系数，A_eff是光场的有效截面积，Δn_FCD和Δα_FCA分别表示与自由载流子成正比的的等离子色散和自由载流子吸收，又可分别表示为：

k_FCD表示自由载流子吸收系数，σ_FCA表示自由载流子吸收截面，ΔN是由双光子吸收导致的自由载流子浓度，可按照以下方程来衡量：

式中τ_c是自由载流子复合时间。