高非线性与常规色散渐减光纤构成环形镜脉冲特性研究

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【摘 要】为了获取光纤通信系统中高质量的光脉冲，通过研究比较光脉冲在常规色散渐减光纤构成的光纤环形镜，与高非线性色散渐减光纤构成的环形镜的传输特性，发现高非线性色散渐减光纤构成的腔镜能够获得更高的压缩比、没有基座的高质量光信号，并且构成腔镜的光纤长度也大幅降低。

【关键词】光纤环形镜 色散参量 光开关 高非线性 脉冲特性

[Abstract] In order to obtain high quality optical pulse， this paper compared the effect of nonlinear profile on the performance of pulse transmission in a nonlinear optical loop mirror and found that high nonlinear dispersion decreasing fiber composed of cavity mirror could obtain higher compression ratio， and this mirror fiber length was greatly reduced.

[Key words]nonlinear optical loop mirror dispersion profile optical switching higher order nonlinear effects

pulse characteristics

1 引言

在光通信系统中，高质量超短光脉冲已经成为通信的前提条件。目前通过对脉冲压缩获得超短脉冲有如下技术手段：色散渐减光纤中高阶孤子非绝热压缩技术，但是此压缩技术获得的脉冲往往伴有较宽的基座[1-4]；常规色散渐减光纤构成的非线性光纤环形腔镜压缩技术[5-8]，该压缩技术利用环形腔镜的整形作用，消除了脉冲基座，但是光脉冲的压缩比不高。

本文对高非线性[9]色散渐减光纤构成的环形腔镜对脉冲的压缩特性进行研究，发现此光纤环形镜既能够利用光纤环形腔镜的孤子整形作用[7]消除基座，又可以获得更高的压缩比，并且缩短了构成腔镜的光纤长度。

2 脉冲在环形腔中的传输特性

DDF-NOLM（Nonlinear Optical Loop Mirror Formed by Dispersion Decreasing Fiber，色散渐减光纤构成的环形腔镜）根据光纤的Sagnac干涉原理制成[10]，如图1所示，它由一个2×2耦合器与连接耦合器两输出端口的色散渐减光纤构成，耦合器分束比为50： 50。

可以得到光纤环光纤始端的二阶色散值β2（0）= -20.4 ps2/km，式（9）中λ0为输入光波波长，c为真空中光速；光纤损耗a=0.2km-1，三阶色散β3（0）=0.1ps3/km。输入孤子脉冲的峰值功率为P0=2.19 W，脉冲全高半宽为10 ps。

构成光纤环的常规色散渐减光纤，光纤非线性系数γ=2.6W-1・km-1，受激拉曼散射系数Tr=3×10-3；构成光纤环的高非线性色散渐减光纤，光纤非线性系数γ=26W-1・km-1，受激拉曼散射系数Tr=10×10-3。

图2（a）、（b）分别给出了高非线性参量与常规色散渐减光纤构成光纤环脉冲的演化情况。通过比较发现，构成光纤环的两种光纤长度分别短于200 m和1000 m时，由于双向传输的光脉冲所带来的相位差较小，不满足环形镜的开关特性，所以基本没有光脉冲输出。而光纤环光纤长度过长，则会导致输出脉冲产生基座并逐渐增大，不利于光脉冲的传输。用高非线性参量色散渐减光纤构成的光纤环，纤长350 m处可以获得理想的压缩光脉冲；常规非线性色散渐减光纤需要1650 m纤长的光纤才能够获得理想的压缩光脉冲，但压缩比明显比前者低。两种光纤构成的环形腔镜所获得的最佳输出光信号如图3所示。

图3（a）、（b）输入输出脉冲做了归一化处理。由图3（a）发现，利用350 m长的高非线性色散渐减光纤构成的光纤环形镜得到的压缩脉冲脉宽为547 fs，压缩比达到18.28倍，输出脉冲峰值为输入脉冲的5.5倍。分析图3（b）发现，利用1650 m常规非线性色散渐减光纤构成的光纤环形镜得到的压缩脉冲脉宽为1.45 ps，压缩比仅为6.9倍，远小于前者，输出脉冲峰值为输入脉冲的2.75倍。

3 结论

本文研究了两种不同非线性参量情况下的色散渐减光纤构成光纤环形镜的脉冲传输特性，发现在其它参量相同的情况下，高非线性系数与受激拉曼色散系数可以在较短的光纤中获得高质量的光脉冲压缩。脉冲压缩演化特性受光纤环光纤长度改变较常规色散渐减光纤更明显，因此利用此种光纤构成光纤环形镜进行脉冲压缩与整形对光纤的长度有着较高的要求。

参考文献：

[1] X Wencheng， Z Shumin， L Aiping， et al. Adiabatic Enhanced compression of ultrashort pulse in the fibers with slowly decreasing dispersion[J]. Chinese Physics Letters， 2001，18（10）： 1360-1362.

[2] 徐文成，廖常俊，郭旗，等. 色散缓变光纤对皮秒光孤子的压缩效应[J]. 光子学报， 1994，23（4）： 327-333.

[3] M D Pelusi， Y Matsui， A Suzuki. Pedestal suppression from compressed femtosecond pulse using a nonlinear fiber loop mirror[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics， 1999，35（6）： 867-874.

[4] Laurent Chusseau， Eric Delevaque. 250-fs optical pulse generation by simultaneous soliton compression and shaping in a nonlinear optical loop mirror including a weak attenuation[J]. Opt Lett， 1994，19（10）： 734-736.

[5] 于丙涛，徐文成，徐永钊. 光脉冲在不同色散光纤环形镜中传输特性[J]. 光子学报， 2004，33（9）： 1077-1080.

[6] K Rottwitt， W Margulis， J R Taylor. Spectral filtering of solitons by means of a nonlinear amplifying loop mirror[J]. Opt Lett， 1995，20（15）： 1601-1603.

[7] A L Steele， J P Hemingway. Nonlinear optical loop mirror constructed from dispersion decreasing fiber[J]. Optics Communications， 1996，123（4-6）： 487-491.

[8] N J Doran， David Wood. Nonlinear-optical loop mirror[J]. Opt Lett， 1988，13（1）： 56-58.

[9] 王泉茗. 基于高非线性光纤脉冲压缩技术的研究[D]. 成都： 电子科技大学， 2012.

[10] Agrawal G P. Nonlinear Fiber Optics[M]. New York： Academic Press， 1995.