本發(fā)明涉及光纖系統(tǒng)和超快激光，特別涉及一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡及調(diào)制深度提升方法。

背景技術(shù)：

1、各類光纖環(huán)形鏡(fiber?loop?mirror,flm)，特別是薩格納克(sagnac)型的flm，已被廣泛應用于非線性光開關(guān)、超快時域噪聲抑制等領(lǐng)域，成為了一種重要的光纖光學子系統(tǒng)。尤其是作為具有超快響應的人工飽和吸收體(saturable?absorber,sa)，這類環(huán)形鏡已被成功用于光纖激光器的被動鎖模。

2、目前應用最為廣泛的是非線性光學環(huán)形鏡(nonlinear?optical?loop?mirror,nolm)及其變形的非線性放大環(huán)形鏡(nonlinear?amplifying?loop?mirror?nalm)。nolm一般是通過非對稱光學耦合器來實現(xiàn)，由于耦合器兩臂的光功率不同，在光纖環(huán)中傳輸時所導致的非線性相移就不同，當兩束光再次返回耦合器時就會因該相移而產(chǎn)生一定的干涉效果。nalm則通過在nolm中引入放大器來進一步提高兩光束的功率對比度，甚至可以采用完全對稱的耦合器，但放大器仍需采用非對稱放置，以便引入足夠的非線性相移。

3、然而，由于nolm需要一定的光功率才能引起足夠的非線性相移，因此當作為sa用于被動鎖模時，低功率下的自啟動效果就相對較差。與之相比，實體材料的sa具有較好的自啟動特性，但是一般調(diào)制深度(modulation?depth,md)較小，譬如半導體可飽和吸收鏡(semiconductor?saturable?absorber,sesam)一般<40％。因此，有效地解決sa自啟動和md的兼顧兼容性，成為了一個亟待解決的重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡及調(diào)制深度提升方法，用于解決sa自啟動和md的兼顧兼容性的問題。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡，包括：光纖耦合器、飽和吸收體和兩組相互耦合的光纖臂。

3、所述光纖耦合器兩端分別連接兩組相互耦合的光纖臂，一端連接第一光纖臂和第二光纖臂，另一端連接第三光纖臂和第四光纖臂。兩組相互耦合的光纖臂通過熔融拉錐連接，四支光纖臂基于倏逝場作用實現(xiàn)光耦合。

4、第三光纖臂和第四光纖臂通過熔接連通，構(gòu)成薩格納克光纖環(huán)形鏡。

5、所述飽和吸收體為具有飽和吸收功能的實體材料器件，采用非對稱放置，嵌套在第三光纖臂上。

6、優(yōu)選地，光纖耦合器為2×2熔融拉錐型光纖耦合器。

7、優(yōu)選地，飽和吸收體為稀土摻雜型光纖。

8、本發(fā)明技術(shù)方案還包括：一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡調(diào)制深度提升方法，應用于上述任一項所述的光纖環(huán)形鏡，包括如下步驟：

9、s1、光束沿第一光纖臂輸入，經(jīng)光纖耦合器后分成第一分散光束和第二分散光束；

10、s2、所述第一分散光束沿第三光纖臂經(jīng)過飽和吸收體吸收后功率下降，成為第三分散光束，第三分散光束逆時針通過薩格納克光纖環(huán)形鏡后形成第四分散光束，返回光纖耦合器；

11、s3、所述第二分散光束經(jīng)第四光纖臂在薩格納克光纖環(huán)形鏡中順時針傳輸，形成第五分散光束，第五分散光束經(jīng)飽和吸收體吸收后功率下降，形成第六分散光束返回光纖耦合器，在光纖耦合器處產(chǎn)生非線性相移差用于決定非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制特性；

12、s4、第四分散光束與第六分散光束在光纖耦合器中發(fā)生干涉，從光纖耦合器的另一端分成第七分散光束與第八分散光束，所述第八分散光束從第二光纖臂耦合形成穩(wěn)態(tài)的輸出光束。

13、進一步地，第七分散光束與第八分散光束的功率比例取決于第四分散光束與第六分散光束到達光纖耦合器時的產(chǎn)生的非線性相移差滿足：

14、

15、其中，γ為光纖臂所用光纖的三階非線性系數(shù)，為逆時針傳輸?shù)牡谖宸稚⒐馐墓夤β?，p0,c為順時針傳輸?shù)牡谌稚⒐馐墓夤β?，l為吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的長度。

16、特別地，所述決定了flm的調(diào)制特性，由于所嵌套的實體飽和吸收體本身也具有飽和吸收效應，因此具有吸收噪聲和提高光強對比度的作用，和實體飽和吸收體的非線性相互作用，可實現(xiàn)比普通sa或普通flm更大的調(diào)制深度和更低的噪聲水平。

17、輸入光束沿第一光纖臂經(jīng)光纖耦合器進入薩格納克光纖環(huán)形鏡，回到光纖耦合器時產(chǎn)生非線性相移差，得到調(diào)制后的輸出光束，沿第二光纖臂輸出。

18、優(yōu)選地，輸入光束由泵浦源產(chǎn)生，泵浦源發(fā)出泵浦光，通過波分復用器注入增益光纖，產(chǎn)生信號光作為輸入光束。

19、優(yōu)選地，第二光纖臂通過隔離器連接輸出光纖耦合器；所述隔離器只允許單一方向信號光通過，所述輸出光纖耦合器包括第一耦合輸出光纖臂和第二耦合輸出光纖臂。

20、所述波分復用器、增益光纖、隔離器、輸出光纖耦合器、光纖耦合器之間通過單模光纖連接，形成光學回路。

21、優(yōu)選地，所述輸出光束沿第二光纖臂輸出，經(jīng)隔離器至光纖耦合器后，經(jīng)第一耦合輸出光纖臂耦合出部分功率，得到激光輸出；經(jīng)輸出光纖耦合器后剩余的光功率返回至光纖耦合器，信號光完成一次完整回路振蕩，所述信號光經(jīng)多次振蕩后得到穩(wěn)態(tài)的激光輸出。

22、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

23、1、本發(fā)明嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡與普通nolm相比，可實現(xiàn)更好的自啟動效果；與普通實體材料sa相比，可獲得更大的md。

24、2、本發(fā)明嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡與普通nolm相比，還具有提高脈沖射頻(radio?frequency,rf)頻譜信噪比(signal-to-noise?ratio,snr)的作用。

技術(shù)特征：

1.一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡，其特征在于，包括：光纖耦合器(3)、飽和吸收體(6)和兩組相互耦合的光纖臂；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡，其特征在于：兩組相互耦合的光纖臂通過熔融拉錐連接，四支光纖臂基于倏逝場作用實現(xiàn)光耦合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡，其特征在于：所述光纖耦合器(3)為2×2熔融拉錐型光纖耦合器。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡，其特征在于：所述飽和吸收體(6)為稀土摻雜型光纖。

5.一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡調(diào)制的深度提升方法，應用于權(quán)利要求1至4任一項所述的光纖環(huán)形鏡，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制深度提升方法，其特征在于，第七分散光束(9a)與第八分散光束(9b)的功率比例取決于第四分散光束(8a)與第六分散光束(8b)到達光纖耦合器(3)時的產(chǎn)生的非線性相移差滿足：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制深度提升方法，其特征在于：所述輸入光束(2)由泵浦源(1)產(chǎn)生，泵浦源(1)發(fā)出泵浦光，通過波分復用器(14)注入增益光纖(4)，產(chǎn)生信號光(5)作為輸入光束。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制深度提升方法，其特征在于：第二光纖臂(1b)通過隔離器(8)連接輸出光纖耦合器(9)；所述隔離器(8)只允許單一方向信號光通過，所述輸出光纖耦合器(9)包括第一耦合輸出光纖臂(11)和第二耦合輸出光纖臂(13)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制深度提升方法，其特征在于：所述波分復用器(14)、增益光纖(4)、隔離器(8)、輸出光纖耦合器(9)、光纖耦合器(3)之間通過單模光纖連接，形成光學回路。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡的調(diào)制深度提升方法，其特征在于：所述輸出光束(7)沿第二光纖臂(1b)輸出，經(jīng)隔離器(8)至光纖耦合器(9)后，經(jīng)第一耦合輸出光纖臂(11)耦合出部分功率，得到激光輸出(12)；經(jīng)輸出光纖耦合器(9)后剩余的光功率返回至光纖耦合器(3)，信號光完成一次完整回路振蕩，所述信號光經(jīng)多次振蕩后得到穩(wěn)態(tài)的激光輸出。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種嵌套飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡及調(diào)制深度提升方法，用于解決SA自啟動和MD不能兼顧的問題。飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡包括一個光纖耦合器，兩端分別連接兩組相互耦合的光纖臂，環(huán)內(nèi)嵌套飽和吸收體SA；所述飽和吸收體為具有飽和吸收功能的實體材料器件，采用非對稱放置，用以產(chǎn)生非線性相移差；兩組相互耦合的光纖臂通過熔融拉錐連接，四支光纖臂基于倏逝場作用實現(xiàn)光耦合。本發(fā)明飽和吸收型非線性光纖環(huán)形鏡與普通NOLM相比，可實現(xiàn)更好的自啟動效果，同時具有提高脈沖射頻頻譜信噪比的作用；與普通實體材料SA相比，可獲得更大的MD。

技術(shù)研發(fā)人員：趙俊清,陳業(yè)旺,熊賢偉,莫立強,歐陽德欽,劉敏秋,梁德志,于永芹,吳旭,阮雙琛
受保護的技術(shù)使用者：深圳技術(shù)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23