CN103022880A - 超连续谱光谱宽度调整装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超连续谱光谱宽度调整装置和方法，其中，该装置包括：激光器、光子晶体光纤和温度控制器，激光器用于向光子晶体光纤提供泵浦光；光子晶体光纤用于通过输入端接收泵浦光，对泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；温度控制器利用温度改变光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整超连续谱的光谱宽度。通过本发明提供的超连续谱光谱宽度调整装置和方法，实现了对光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度进行动态调整，提高了应用的灵活性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种超连续谱光谱宽度调整装置和方法。
背景技术
超连续谱是指当一束强度极大的激光通过非线性材料后，出射光谱中产生许多新的频率成分，光谱宽度远远大于入射光光谱的宽度，一般可以达到几百纳米甚至上千纳米。利用光子晶体光纤产生的超连续谱具有高的输出功率、平坦的宽带光谱、高度的空间相干等特性，能极大的提高信噪比、减小测量时间以及加宽光谱测量范围，因此，超连续谱可以作为未来高速波分复用和时分复用光源，还可以应用在光载无线通信、波长转换、波分复用光网的全光再生、光纤的色散测量及光学采样等领域。由于具体的应用环境不同，因此，对超连续谱的光谱宽度要求也不尽相同，但是现有技术中，当入射光与光子晶体光纤不变的情况下，利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度并不能动态变化，因此在实际应用中具有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种超连续谱光谱宽度调整装置和方法。
本发明实施例一方面提供一种超连续谱光谱宽度调整装置，包括：
激光器、光子晶体光纤和温度控制器；
所述激光器，用于向所述光子晶体光纤提供泵浦光；
所述光子晶体光纤，用于通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
所述温度控制器，用于通过温度改变所述光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度。
本发明实施例另一方面提供一种应用本发明实施例所提供的超连续谱光谱宽度调整装置进行的超连续谱光谱宽度调整方法，包括：
所述激光器向所述光子晶体光纤提供泵浦光；
所述光子晶体光纤通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
所述温度控制器通过温度改变所述光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度。
本发明实施例提供的超连续谱光谱宽度调整装置和方法，光子晶体光纤对激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用温度控制器改变光子晶体光纤的温度，进而改变了光子晶体光纤的微孔大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度发生改变。实现了对光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度进行动态调整，提高了应用的灵活性。
附图说明
图1为本发明超连续谱光谱宽度调整装置一个实施例的结构示意图；
图2为应用图1所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例一的流程图；
图3为本发明超连续谱光谱宽度调整装置另一实施例的结构示意图；
图4为应用图3所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例二的流程图；
图5为本发明超连续谱光谱宽度调整装置又一实施例的结构示意图；
图6为应用图5所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例三的流程图。
具体实施方式
图1为本发明超连续谱光谱宽度调整装置一个实施例的结构示意图，如图1所示，该装置包括：激光器1、光子晶体光纤2和温度控制器3，需要说明的是，在实际应用中，光子晶体光纤2与温度控制器3的位置关系可以互相分离，也可以使光子晶体光纤2位于温度控制器3之中，且光子晶体光纤2的输入端和输出端位于温度控制器3之外（如图1所示），只要能利用温度控制器3改变光子晶体光纤2的温度即可，两者之间的具体位置关系不局限于此。其中，激光器1用于向光子晶体光纤2提供泵浦光；光子晶体光纤2用于通过输入端接收泵浦光，对泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；温度控制器3用于通过温度改变光子晶体光纤2的非线性和色散特性以调整超连续谱的光谱宽度。
具体地，图2为应用图1所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例一的流程图，如图2所示，该方法具体包括：
步骤100，激光器向光子晶体光纤提供泵浦光；
激光器发出强光照射激光介质完成粒子数反转，从而向光子晶体光纤提供泵浦光。需要说明的是，本领域技术人员可以理解的是，激光器的类型包括：半导体激光器、光纤激光器和固体激光器等，可以根据实际的应用需要进行选择。
步骤101，光子晶体光纤通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
光子晶体光纤通过输入端接收激光器发射的泵浦光，泵浦光通过非线性介质时，由于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应作用后，进而从光子晶体光纤输出端输出超连续谱。本领域普通技术人员可以理解的是，光子晶体光纤输出超连续谱的原理具体为：泵浦光通过光子晶体光纤的反常色散区，利用高阶孤子压缩效应使脉冲谱展宽，此时脉冲变窄、峰值功率增强和频谱展宽，然后强功率的窄脉冲经零色散点进入正常色散区，强的自相位调制与正常色散相互作用诱导频率啁啾积累，使得谱进一步展宽。
步骤102，温度控制器通过温度改变光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度。
光子晶体光纤对激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用温度控制器改变光子晶体光纤的温度，进而改变了光子晶体光纤的微孔大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度发生改变。
本实施例提供的超连续谱光谱宽度调整装置和方法，光子晶体光纤对激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用温度控制器改变光子晶体光纤的温度，进而改变了光子晶体光纤的微孔大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度发生改变。实现了对光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度进行动态调整，提高了应用的灵活性。
具体地，温度控制器3具体用于：升高光子晶体光纤2的温度以展宽超连续谱的光谱宽度，或者，降低光子晶体光纤2的温度以缩小超连续谱的光谱宽度。由于上述实施例中激光器的类型包括：半导体激光器、光纤激光器和固体激光器等，其中，温度控制器的具体实现形式很多包括：加热器、制冷器、电烤箱或者液氮容器等。
针对上述实施例中的激光器的类型包括：半导体激光器、光纤激光器和固体激光器等，不同类型的激光器与光子晶体光纤的连接关系不尽相同，下面通过图3至图6所示实施例详细描述光纤激光器和固体激光器的实现过程，具体如下：
图3为本发明超连续谱光谱宽度调整装置另一实施例的结构示意图，如图3所示，本实施例通过对光子晶体光纤进行升温，以改变利用光纤激光器和光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度，该装置包括：光纤激光器4、光子晶体光纤2和加热器5，其中，光纤激光器4的尾纤与光子晶体光纤2的输入端直接熔接，光子晶体光纤2位于加热器5之中，且光子晶体光纤2的输入端和输出端位于加热器5之外；其中，光纤激光器4用于通过尾纤直接向光子晶体光纤2的输入端提供泵浦光；光子晶体光纤2用于通过输入端接收泵浦光，对泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；加热器5用于升高光子晶体光纤2的温度以展宽超连续谱的光谱宽度。
图4为应用图3所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例二的流程图，如图4所示，该方法具体包括：
步骤200，光纤激光器通过尾纤直接向光子晶体光纤的输入端提供泵浦光；
步骤201，光子晶体光纤通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
光子晶体光纤通过输入端接收激光器发射的泵浦光，泵浦光通过非线性介质时，由于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应作用后，进而从光子晶体光纤输出端输出超连续谱。本领域普通技术人员可以理解的是，光子晶体光纤输出超连续谱的原理具体为：泵浦光通过光子晶体光纤的反常色散区，利用高阶孤子压缩效应使脉冲谱展宽，此时脉冲变窄、峰值功率增强和频谱展宽，然后强功率的窄脉冲经零色散点进入正常色散区，强的自相位调制与正常色散相互作用诱导频率啁啾积累，使得谱进一步展宽。
步骤202，加热器升高光子晶体光纤的温度以展宽所述超连续谱的光谱宽度。
光子晶体光纤对光纤激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用加热器升高光子晶体光纤的温度，由于热扩张效应光子晶体光纤的微孔大小和间距可能会发生改变，另外，石英材料的折射率也会因热光效应而发生变化，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度变宽。
本实施例提供的超连续谱光谱宽度调整装置和方法，光子晶体光纤对光纤激光器提供的泵浦光进行非线性转输出超连续谱的过程中，通过应用加热器升高光子晶体光纤的温度，进而改变了光子晶体光纤的微孔大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度变宽。实现了对光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度进行动态调整，提高了应用的灵活性。
图5为本发明超连续谱光谱宽度调整装置又一实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例通过对光子晶体光纤进行降温，以改变利用固体激光器和光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度，该装置包括：固体激光器6、聚焦透镜7、光子晶体光纤2和液氮容器8，其中，光子晶体光纤2的输入端位于聚焦透镜7的焦点处，光子晶体光纤2位于液氮容器8之中，且光子晶体光纤2的输入端和输出端位于液氮容器8之外；其中，固体激光器6用于通过聚焦透镜7将泵浦光耦合进光子晶体光纤2的输入端；光子晶体光纤2用于通过输入端接收泵浦光，对泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；液氮容器8用于降低光子晶体光纤2的温度以缩小超连续谱的光谱宽度。
图6为应用图5所示的超连续谱光谱宽度调整装置所进行的超连续谱光谱宽度调整方法实施例三的流程图，如图6所示，该方法具体包括：
步骤300，固体激光器通过聚焦透镜将泵浦光耦合进光子晶体光纤的输入端；
步骤301，光子晶体光纤通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
光子晶体光纤通过输入端接收激光器发射的泵浦光，泵浦光通过非线性介质时，由于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应作用后，进而从光子晶体光纤输出端输出超连续谱。本领域普通技术人员可以理解的是，光子晶体光纤输出超连续谱的原理具体为：泵浦光通过光子晶体光纤的反常色散区，利用高阶孤子压缩效应使脉冲谱展宽，此时脉冲变窄、峰值功率增强和频谱展宽，然后强功率的窄脉冲经零色散点进入正常色散区，强的自相位调制与正常色散相互作用诱导频率啁啾积累，使得谱进一步展宽。
步骤302，液氮容器降低光子晶体光纤的温度以缩小所述超连续谱的光谱宽度。
光子晶体光纤对光纤激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用液氮容器降低光子晶体光纤的温度，进而光子晶体光纤微孔中的气体则会凝结成液体，从而光子晶体光纤的微孔大小和间距可能会发生改变，以及影响光子晶体光纤的折射率分布，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度减小，需要说明的是，此处光谱宽度减小是根据实际应用需要进行的调整，与入射光的光谱宽度相比还是大大展宽的。
本实施例提供的超连续谱光谱宽度调整装置和方法，光子晶体光纤对固体激光器提供的泵浦光进行非线性转化输出超连续谱的过程中，通过应用液氮容器降低光子晶体光纤的温度，进而改变了光子晶体光纤的微孔大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度变窄。实现了对光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱宽度进行动态调整，提高了应用的灵活性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，包括：
激光器、光子晶体光纤和温度控制器；
所述激光器，用于向所述光子晶体光纤提供泵浦光；
所述光子晶体光纤，用于通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
所述温度控制器，用于通过温度改变所述光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度。
2.根据权利要求1所述的超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，
所述激光器具体为光纤激光器，所述光纤激光器的尾纤与所述光子晶体光纤的输入端直接熔接。
3.根据权利要求1所述的超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，所述控制装置还包括：聚焦透镜，所述激光器具体为固体激光器，所述光子晶体光纤的输入端位于所述聚焦透镜的焦点处。
4.根据权利要求1所述的超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，
所述温度控制器具体用于：升高所述光子晶体光纤的温度以展宽所述超连续谱的光谱宽度，或者，降低所述光子晶体光纤的温度以缩小所述超连续谱的光谱宽度。
5.根据权利要求1-4任一所述的超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，
所述光子晶体光纤位于所述温度控制器之中，且所述光子晶体光纤的输入端和输出端位于所述温度控制器之外。
6.根据权利要求5所述的超连续谱光谱宽度调整装置，其特征在于，
所述温度控制器包括：加热器或者液氮容器。
7.一种应用如权利要求1所述的超连续谱光谱宽度调整装置进行的超连续谱光谱宽度调整方法，其特征在于，包括：
所述激光器向所述光子晶体光纤提供泵浦光；
所述光子晶体光纤通过输入端接收所述泵浦光，对所述泵浦光进行非线性转化后从输出端输出超连续谱；
所述温度控制器通过温度改变所述光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度。
8.根据权利要求7所述的超连续谱光谱宽度调整方法，其特征在于，所述激光器具体为光纤激光器，所述光纤激光器的尾纤与所述光子晶体光纤的输入端直接熔接；
所述激光器向所述光子晶体光纤提供泵浦光包括：
所述光纤激光器通过尾纤直接向所述光子晶体光纤的输入端提供泵浦光。
9.根据权利要求7所述的超连续谱光谱宽度调整方法，其特征在于，所述控制装置还包括：聚焦透镜，所述激光器具体为固体激光器，所述光子晶体光纤的输入端位于所述聚焦透镜的焦点处；
所述激光器向所述光子晶体光纤提供泵浦光包括：
所述固体激光器通过所述聚焦透镜将泵浦光耦合进所述光子晶体光纤的输入端。
10.根据权利要求7-9任一所述的超连续谱光谱宽度调整方法，其特征在于，
所述温度控制器通过温度改变所述光子晶体光纤的非线性和色散特性以调整所述超连续谱的光谱宽度具体包括：
所述温度控制器升高所述光子晶体光纤的温度以展宽所述超连续谱的光谱宽度；或者，
所述温度控制器降低所述光子晶体光纤的温度以缩小所述超连续谱的光谱宽度。
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