[实用新型]一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置

说明书

本实用新型提供了一种基于半导体量子点的光脉冲自相似放大装置，属于光纤通讯技术领域。包括光脉冲源、泵浦源、光耦合器、光展宽器、半导体量子点、光压缩器、输出光束；所述光脉冲源、所述泵浦源的输出连接至所述光耦合器的输入，所述光耦合器的输出与所述光展宽器的输入连接、所述光展宽器的输出连接所述半导体量子点的输入、所述半导体量子点的输出与所述光压缩器的输入连接，所述光压缩器的输出即为自相似放大光脉冲。本实用新型具有能够提高光脉冲的能量及质量等优点。

技术领域

本实用新型属于光纤通信技术领域，涉及一种光脉冲自相似放大装置，具体涉及一种利用半导体量子点波导实现光脉冲自相似放大的装置。

背景技术

近年来，产生和传输高能量、具有严格线性啁啾特性的光脉冲是光纤通信领域的研究热点之一。为了进一步提高输出的单脉冲能量，可以在光纤放大器中利用非线性光谱展宽作为实现皮秒脉冲到飞秒脉冲的压缩。然而，光脉冲在进行非线性放大的过程中，自相位调制(SPM)效应会引入无法压缩的非线性啁啾，严重降低了输出脉冲的质量。

光脉冲自相似放大能够很好地解决光脉冲放大过程中的非线性啁啾问题，可以得到高强度、高质量的光脉冲。光脉冲自相似放大是由于光纤的非线性特性作用所产生的一种渐进型脉冲，此脉冲的能量能够被显著放大，而且具有很强的线性啁啾。特别地，由于光脉冲自相似放大的特性只与入射脉冲的初始能量和光纤参数有关，而与入射脉冲的形状无关，因此，光脉冲自相似放大能有效的提高输出脉冲的功率。另外，在高功率传输时，自相似光脉冲还具有抵御光波分裂的能力。正因为自相似光脉冲具有上述优点，光脉冲自相似放大对于光纤通信的发展具有重要的应用意义和价值。

2000年，文献(Fermann M E,Kruglov V I,Thomsen B C,et al.Self-SimilarPropagation and Amplification of Parabolic Pulses in Optical Fibers[J].Physical Review Letters,2000,84(26):6010-6013)对自相似放大理论进行了详细的阐释和实验验证，他们将非抛物线型脉冲在掺Yb³⁺的正色散增益光纤中放大得到了抛物线型脉冲输出，并且论证了其在传输中脉冲形状不会发生改变，同时时域脉冲宽度和峰值功率会随着传输距离的增加而增加，不断积累容易被补偿的线性啁啾，自相似光脉冲实现30分贝的放大倍数所用掺Yb³⁺增益光纤长度为3.6m。

2007年，Papadopoulos D N等人在大模场双包层光子晶体光纤中实现了自相似脉冲放大，得到了11.5W，29nJ，63fs的近变换极限脉冲，但其所用光子晶体光纤长度高达6.5m(Papadopoulos D N,Zaouter Y,Hanna M,et al.Generation of 63 fs 4.1 MW peakpower pulses from a parabolic fiber amplifier operated beyond the gainbandwidth limit[J].Optics Letters,2007,32(17):2520-2.)。

2018年，天津大学研究组建立紧凑型的自相似光脉冲放大模型，最终在2米掺Yb³⁺短光纤中实现了快速自相似演化，得到66fs、平均功率为6.1W的近变换极限脉冲(SongHuanyu,Liu Bowen,Chen Wei,et al.Femtosecond laser pulse generation with self-similar amplification of picosecond laser pulses[J].Optics express,2018,26(20))。

综上所述，目前对自相似光脉冲放大的装置及技术如图1所示，采用掺镱光纤作为增益介质实施光脉冲的自相似放大。然而，这种光脉冲自相似放大系统为了给自相似演化提供足够长的演化距离，一般需要较长的掺镱光纤作为增益介质，这就一方面需要更多的掺镱光纤材料，增大了生产耗材和成本；另一方面导致更容易产生受激拉曼效应，从而限制光脉冲自相似放大的输出能量。