一種實現光波延時量靈活可控的方法技術

一種實現光波延時量靈活可控的方法，屬于光學領域。本發明專利技術的目的是為了解決現有布里淵動態光柵為相干光產生的周期均勻的光柵，無法實現線性啁啾和可調光延時量的問題。本發明專利技術方法：通過液體填充的高雙折射光子晶體光纖與布里淵動態光柵技術相結合，利用高吸收光纖在線加熱的方式提供溫度梯度來實現光纖雙折射的線性分布，從而產生具有線性啁啾特性的布里淵動態光柵。此方法產生的光柵可以靈活控制光波延時量，可在全光微波信號處理領域開辟更加廣闊的應用空間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種實現光波延時量靈活可控的方法，屬于光學領域。
技術介紹
上世紀90年代中期發展起來的光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating，FBG)技術為全光處理微波信號提供了一種靈活的方法。FBG作為波長選擇的延時器件可以提供與微波頻率無關的真延時，其中線性啁啾FBG因延時量連續可控而被廣泛采用，例如用于光控相控陣天線的微波移相器和微波光子濾波器等。由線性啁啾FBG的特性可知，光波反射點的位置與波長呈線性關系，因此通過連續調諧激光器的輸出波長即可得到連續的延時量。然而，FBG是一種永久性的靜態光柵，一經制作，其各種參數就很難改變，而且受到制作工藝的限制，很難制作出長度在米量級以上的線性啁啾FBG。因此，為了實現更為靈活的微波信號處理，探索一種參數可控的動態光柵就具有極大的吸引力和潛在的應用價值。近年來利用光纖中受激布里淵散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)的窄帶放大特性對光載微波信號進行全光處理是微波光子學領域的研究熱點。國際上有關此方向的代表性研究小組有美國噴氣推進實驗室的X.Steve Yao教授，西班牙那瓦拉大學A.Losyssa教授，以色列特拉維夫大學M.Tur教授，澳大利亞悉尼大學R.A.Minasian教授等。國內的研究機構中，浙江大學章獻民教授開展了基于SBS的微波頻率測量、光電振蕩器、微波信號產生等研究，中科院半導體研究所祝寧華教授開展了基于SBS的正交單邊帶調制、微波頻率測量等研究，暨南大學關柏鷗教授開展了基于SBS的微波光子移相器研究。在SBS過程中兩束反向傳輸的光波(泵浦光和斯托克斯光)通過電致伸縮效應激發出的相干聲波場可以認為是一種動態光柵，又被稱為光纖布里淵動態光柵，這一概念由日本東京大學Kazuo Hotate教授的研究小組于2008年首次提出。作為一種全光產生和控制的光柵技術引入微波光子學領域，布里淵動態光柵為全光微波信號處理提供了一個新的途徑；但目前國際上的研究僅限于均勻布里淵動態光柵的產生和應用，這是因為布里淵動態光柵是由兩束高度相干的泵浦光在光纖中干涉驅動產生，光柵的周期由泵浦光波長決定，因此產生的是周期均勻的光柵。如果把啁啾的特性引入布里淵動態光柵，使其在調控靈活的基礎上能夠實現光波延時量的連續可變，則無疑將為其在全光微波信號處理領域開辟更
加廣闊的應用空間。
技術實現思路
在下文中給出了關于本專利技術的簡要概述，以便提供關于本專利技術的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本專利技術的窮舉性概述。它并不是意圖確定本專利技術的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本專利技術的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。鑒于此，根據本專利技術的一個方面，本專利技術旨在提出一種實現光波延時量靈活可控的方法，來解決現有布里淵動態光柵為相干光產生的周期均勻的光柵，無法實現線性啁啾和可調光延時量的問題。本專利技術提出的一種實現光波延時量靈活可控的方法，其依托實現的一種產生啁啾布里淵動態光柵的裝置包括一號激光器、二號激光器、三號激光器、四號激光器、鎖相環、一號光纖耦合器、二號光纖耦合器、三號光纖耦合器、一號偏振控制器、函數發生器、相位調制器、高吸收光纖、高雙折射光子晶體光纖、摻鉺光纖放大器、二號偏振控制器、偏振合束器、強度調制器、環形器、三號偏振控制器、矢量網絡分析儀和光電探測器；所述三號激光器的光信號輸出端與高吸收光纖連通；一號激光器同時與一號光纖耦合器的光信號輸入端和鎖相環連通，鎖相環同時與二號光纖耦合器連通，一號光纖耦合器的光信號輸出端同時與一號偏振控制器和二號光纖耦合器的光信號輸入端連通，一號偏振控制器輸出端與高雙折射光子晶體光纖的一端連通，光子晶體光纖的另一端與偏振合束器連通；所述二號激光器輸出端與三號光纖耦合器的光信號輸入端連通，三號光纖耦合器的輸出端同時與相位調制器和二號光纖耦合器連通，相位調制器同時與函數發生器和摻鉺光纖放大器的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器的輸出端與二號偏振控制器連通，二號偏振控制器同時與偏振合束器連通；所述四號激光器的光信號輸出端與強度調制器的光信號輸入端連通，強度調制器的輸出端與環形器的一號光信號端口連通，環形器的三號光信號端口與光電探測器連通，環形器的二號光信號端口與三號偏振控制器的一端連通，三號偏振控制器的另一端與偏振合束器連通；光電探測器的電信號輸出端與矢量網絡分析儀輸入端連通，矢量網絡分析儀的輸出端與強度調制器的電信號輸入端連通；一種實現光波延時量靈活可控的方法的具體方法是：采用一號激光器、二號激光器和
四號激光器三臺激光器，由一號激光器和二號激光器提供泵浦光，由四號激光器提供探測光，通過一號光纖耦合器和三號光纖耦合器把一號激光器和二號激光器輸出的激光分別提取出一部分注入二號光纖耦合器進行混頻，并由鎖相環形成鎖相環電路進行頻率差鎖定；二號激光器的輸出光首先經過相位調制器進行相位調制，再與一號激光器的輸出光對向注入到液體填充的高雙折射光子晶體光纖的一個偏振主軸里激發布里淵動態光柵；采用三號激光器輸出的一束連續光在線加熱高吸收光纖，再加熱光子晶體光纖并沿光纖軸向形成溫度梯度；四號激光器輸出光作為探測光，注入到光子晶體光纖的另一個偏振主軸里；矢量網絡分析儀用于調制探測光并接收來自布里淵動態光柵的反射光，通過調節可調諧激光器的輸出波長即可分析啁啾布里淵動態光柵的特性。進一步地：所述三號激光器為半導體激光器，輸出波長為1550nm的連續光，一號激光器和二號激光器均采用單頻窄線寬光纖激光器、分布反饋式半導體激光器或外腔式半導體激光器，輸出功率為10～50mW，波長為1550nm，所述四號激光器為可調諧激光器，輸出波長在1550±10nm之間。進一步地：所述一號光纖耦合器與三號光纖耦合器的耦合比值相同，所述耦合比為95：5；所述二號光纖耦合器的耦合比為50:50。進一步地：一號激光器、二號激光器均采用保偏光纖輸出。進一步地：一號激光器與二號激光器之間頻率差的鎖定范圍是8～12GHz。進一步地：高雙折射光子晶體光纖的中心兩個大空氣孔填充液體。進一步地：高吸收光纖在光纖軸向具有溫度梯度。進一步地：高雙折射光子晶體光纖與高吸收光纖之間通過物理接觸的方式傳遞熱量。本專利技術所達到的效果為：1、擦寫自由，參數靈活可控。由于啁啾布里淵動態光柵是由兩束泵浦光動態激發產生，因此它可以隨著泵浦光的存在與否自由地寫入和擦除；并且光柵的強度、長度和啁啾量可以分別通過調節泵浦光強、光纖長度和溫度梯度來靈活地控制。2、易于制作長光柵。當采用兩束連續泵浦光時，只要光纖長度小于泵浦光的相干長度，則布里淵動態光柵就可以產生于整根光纖中，因此，理論上可以實現長達百米、甚至千米量級的啁啾布里淵動態光柵。3、可以獲得大啁啾量光柵。由于相對空氣而言，液體介質的折射率對溫度更加敏感，
因此當高雙折射光子晶體光纖的某些空氣孔被液體填充時，光纖雙折射的溫度系數會相應變大，從而在相同的溫度梯度下可以使布里淵動態光柵獲得較大的啁啾量。附圖說明圖1是本專利技術一種產生啁啾布里淵動態光柵的裝置示意圖；圖2是高雙折射光子晶體光纖雙折射梯度實現方案示意圖。具體實施方式在下文中將結合附圖對本專利技術的示范性實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實現光波延時量靈活可控的方法，其特征在于：其依托實現的一種產生啁啾布里淵動態光柵的裝置包括三號激光器(1?1)、一號激光器(1?2)、二號激光器(1?3)、四號激光器(1?4)、鎖相環(2)、一號光纖耦合器(3?1)、二號光纖耦合器(3?2)、三號光纖耦合器(3?3)、一號偏振控制器(4)、函數發生器(5)、相位調制器(6)、高吸收光纖(7)、高雙折射光子晶體光纖(8)、摻鉺光纖放大器(9)、二號偏振控制器(10)、偏振合束器(11)、強度調制器(12)、環形器(13)、三號偏振控制器(14)、矢量網絡分析儀(15)和光電探測器(16)；三號激光器(1?1)的光信號輸出端與高吸收光纖(7)連通；一號激光器(1?2)同時與一號光纖耦合器(3?1)的光信號輸入端和鎖相環(2)連通，鎖相環(2)同時與二號光纖耦合器(3?2)連通，一號光纖耦合器(3?1)的光信號輸出端同時與一號偏振控制器(4)和二號光纖耦合器(3?2)的光信號輸入端連通，一號偏振控制器(4)輸出端與高雙折射光子晶體光纖(8)的一端連通，光子晶體光纖(8)的另一端與偏振合束器(11)連通；二號激光器(1?3)輸出端與三號光纖耦合器(3?3)的光信號輸入端連通，三號光纖耦合器(3?3)的輸出端同時與相位調制器(6)和二號光纖耦合器(3?2)連通，相位調制器(6)同時與函數發生器(5)和摻鉺光纖放大器(9)的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器(9)的輸出端與二號偏振控制器(10)連通，二號偏振控制器(10)同時與偏振合束器(11)連通；四號激光器(1?4)的光信號輸出端與強度調制器(12)的光信號輸入端連通，強度調制器(12)的輸出端與環形器(13)的一號光信號端口(13?1)連通，環形器(13)的三號光信號端口(13?3)與光電探測器(16)連通，環形器(13)的二號光信號端口(13?2)與三號偏振控制器(14)的一端連通，三號偏振控制器(14)的另一端與偏振合束器(11)連通；光電探測器(16)的電信號輸出端與矢量網絡分析儀(15)輸入端連通，矢量網絡分析儀(15)的輸出端與強度調制器(12)的電信號輸入端連通；一種實現光波延時量靈活可控的方法的具體方法是：采用一號激光器、二號激光器和四號激光器三臺激光器，由一號激光器和二號激光器提供泵浦光，由四號激光器提供探測光，通過一號光纖耦合器(3?1)和三號光纖耦合器(3?3)把一號激光器(1?2)和二號激光器(1?3)輸出的激光分別提取出一部分注入二號光纖耦合器(3?2)進行混頻，并由鎖相環(2)形成鎖相環電路進行頻率差鎖定；二號激光器(1?3)的輸出光首先經過相位調制器(6)進行相位調制，再與一號激光器(1?2)的輸出光對向注入到液體填充的高雙折射光子晶體光纖(8)的一個偏振主軸里激發布里淵動態光柵；采用三號激光器(1?1)輸出的一束連續光在線加熱高吸收光纖(7)，再加熱光子晶體光纖并沿光纖軸向形成溫度梯度；四號激光器(1?4)輸出光作為探測光，注入到光子晶體光纖的另一個偏振主軸里；矢量網絡分析儀(15)用于調制探測光并接收來自布里淵動態光柵的反射光，通過調節可調諧激光器的輸出波長即可分析啁啾布里淵動態光柵的特性。...

【技術特征摘要】
1.一種實現光波延時量靈活可控的方法，其特征在于：其依托實現的一種產生啁啾布里淵動態光柵的裝置包括三號激光器(1-1)、一號激光器(1-2)、二號激光器(1-3)、四號激光器(1-4)、鎖相環(2)、一號光纖耦合器(3-1)、二號光纖耦合器(3-2)、三號光纖耦合器(3-3)、一號偏振控制器(4)、函數發生器(5)、相位調制器(6)、高吸收光纖(7)、高雙折射光子晶體光纖(8)、摻鉺光纖放大器(9)、二號偏振控制器(10)、偏振合束器(11)、強度調制器(12)、環形器(13)、三號偏振控制器(14)、矢量網絡分析儀(15)和光電探測器(16)；三號激光器(1-1)的光信號輸出端與高吸收光纖(7)連通；一號激光器(1-2)同時與一號光纖耦合器(3-1)的光信號輸入端和鎖相環(2)連通，鎖相環(2)同時與二號光纖耦合器(3-2)連通，一號光纖耦合器(3-1)的光信號輸出端同時與一號偏振控制器(4)和二號光纖耦合器(3-2)的光信號輸入端連通，一號偏振控制器(4)輸出端與高雙折射光子晶體光纖(8)的一端連通，光子晶體光纖(8)的另一端與偏振合束器(11)連通；二號激光器(1-3)輸出端與三號光纖耦合器(3-3)的光信號輸入端連通，三號光纖耦合器(3-3)的輸出端同時與相位調制器(6)和二號光纖耦合器(3-2)連通，相位調制器(6)同時與函數發生器(5)和摻鉺光纖放大器(9)的光信號輸入端連通，摻鉺光纖放大器(9)的輸出端與二號偏振控制器(10)連通，二號偏振控制器(10)同時與偏振合束器(11)連通；四號激光器(1-4)的光信號輸出端與強度調制器(12)的光信號輸入端連通，強度調制器(12)的輸出端與環形器(13)的一號光信號端口(13-1)連通，環形器(13)的三號光信號端口(13-3)與光電探測器(16)連通，環形器(13)的二號光信號端口(13-2)與三號偏振控制器(14)的一端連通，三號偏振控制器(14)的另一端與偏振合束器(11)連通；光電探測器(16)的電信號輸出端與矢量網絡分析儀(15)輸入端連通，矢量網絡分析儀(15)的輸出端與強度調制器(12)的電信號輸入端連通；一種實現光波延時量靈活可控的方法的具體方法是：采用一號激光器、二號激光器和四號激光器三臺激光器，由一號激光器和二號激光器提供泵浦光，由四號激光器提供探測光，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張洪英，袁治君，劉子葉，張紹鵬，高瑋，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23