[发明专利]一种基于被动锁模掺镱光纤激光器的光孤子产生装置

说明书

技术领域

本发明属于光电子设备技术领域，特别涉及一种可产生多种光孤子的装置。

背景技术

光孤子是一种特殊形式的超短光脉冲，它在传播的过程中形状、幅度和速度都维持不变。光孤子的特点决定了它在通信领域有着广泛的应用前景，首先它的通信容量大：传输码率一般可达20Gb/s，最高可达100Gb/s以上，其次误码率低、抗干扰能力强：光孤子在传输过程中保持不变及光孤子的绝热特性决定了光孤子传输的误码率大大低于常规光纤通信，甚至可实现误码率低于10－12的无差错光纤通信，再次可以不用中继站：只要对光纤损耗进行增益补偿，即可将光信号无畸变地传输极远距离，从而免去了光电转换、重新整形放大、检查误码、电光转换、再重新发送等复杂过程。锁模光纤激光器作为光孤子的发生源，在过去的十几年中得到了极大的发展，大量的研究工作主要围绕掺铒光纤和掺钕光纤进行。近年来，研究的热点开始转向被动锁模掺镱光纤激光器的研究。同其他掺杂粒子相比，以镱元素作为增益粒子的掺镱光纤具有量子效率高，没有基态和激发态吸收，上能级寿命长，吸收谱宽，在951nm和976nm处具有吸收峰，高掺杂时无浓度淬灭，便于半导体激光器抽运等优点，将取代掺钕光纤，成为1um波段的主要工作物质。在超短脉冲方面，其增益带宽可达40nm，可支持小于30fs的变换极限脉冲。

光孤子在被动锁模掺镱光纤激光器中的形成是其光纤谐振腔中增益、损耗、非线性(自相位调制)及色散等因素共同作用的结果。如果被动锁模掺镱光纤激光器光纤谐振腔内总群速度色散为负数，则当群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)达到平衡时，会在激光器的输出端产生一种双曲正割形基态光孤子脉冲，其特点是脉宽窄、瞬时最大功率高，但单脉冲能量小，平均功率低。

当通过提高锁模光纤激光器泵浦功率进而增大其输出平均功率时，这种双曲正割形基态光孤子脉冲会在平均功率增大到一个临界值后产生光波分裂，从而使激光器不能保持锁模状态，破坏光孤子的形成。理论上，当输出光孤子平均功率增大时，激光器光纤谐振腔内的SPM作用随之增大，如果SPM作用增大到GVD作用不能将其平衡时，光孤子存在的条件将不被满足，所以产生了这种光波分裂的现象。为了得到较高输出平均功率的光孤子脉冲输出，而又不产生光波分裂现象，就要调整被动锁模光纤激光器光纤谐振腔内的总群速度色散，使其为正数，这样就能在激光器的输出端产生一种抛物线形高能量耗散孤子脉冲，这种孤子脉冲的特点是脉宽相对较宽、瞬时最大功率高，单脉冲能量高、平均功率高。当然这种抛物线形耗散孤子脉冲也不可能随着平均功率的增大一直保持其孤子状态，当平均功率的增大到一定程度，这种光孤子也会产出光波分裂的现象，只不过这种抛物线形耗散孤子脉冲比双曲正割形光孤子脉冲产生光波分裂所需的临界平均功率要大的多。

抛物线形耗散孤子脉冲、双曲正割形光孤子脉冲以及这两种光孤子临界区域内的孤子演化特性是目前被动锁模掺镱光纤激光器的研究热点，国内外有很多研究机构在从事这方面的研究和实验。在以往的实验中需要搭建不同的系统来产生这两种不同类型的光孤子，这样做的缺点在于就算两套系统采用型号完全相同的光器件进行组建，其每个对应器件的参数也不可能完全一致，另外这两个系统中器件间相互连接时的插入损耗、两系统光纤谐振腔内光的偏振状态等也都不相同，这样就不能在尽可能相同的实验条件下研究抛物线形耗散孤子脉冲和双曲正割形光孤子脉冲的特性，以及不同的激光器光纤谐振腔内二阶群速度色散系数对激光器输出孤子特性的影响，尤其是不能研究两种孤子临界区域内的特性。并且所有上述实验系统的实验结果都不具备可重复性，当光路改变时激光器的输出结果就不可能重现了。

目前已公开的技术中，一个系统只能产生单一形态的光孤子，要想得到多种形态的光孤子，必须要重新改变系统结构，替换系统器件，这种替换一般需要光纤切割器、光纤熔接器等，操作繁琐，费时费力，当完成替换之后，往往由于实验环境已经改变了，得出的结果跟之前的实验结果已经失去了比较的意义了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有光孤子产生系统只能产生单一形态光孤子、重复性差等缺点，提供一种能产生多种类型光孤子、不同类型光孤子之间切换方便、环境参数一致、结果稳定的光孤子产生装置。

本发明的技术问题通过以下技术方案解决：