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专利号: 2021112708092
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,包括:连续波泵浦源(1)、第一偏振控制器(2)、第一偏振分束器(3)、第一调制器(6)、第一模式发生器(4)、第二调制器(7)、第二模式发生器(5)、偏振合束器(8)、耦合器(9)、第二偏振控制器(10)、第三偏振控制器(11)和第二偏振分束器(12);

所述连续波泵浦源(1)与所述第一偏振控制器(2)的进口连接,所述第一偏振控制器(2)的出口与所述第一偏振分束器(3)的进口连接,所述第一偏振分束器(3)的3a出口与所述第一调制器(6)的第一进口连接,所述第一偏振分束器(3)的3b出口与所述第二调制器(7)的第一进口连接,所述第一模式发生器(4)与所述第一调制器(6)的第二进口连接,所述第二模式发生器(5)与所述第二调制器(7)的第二进口连接,所述第一调制器(6)的出口与所述偏振合束器(8)的8a进口连接,所述第二调制器(7)的出口与所述偏振合束器(8)的8b进口连接,所述偏振合束器(8)的出口与所述耦合器(9)的9b进口连接,所述耦合器(9)的9a进口与所述第二偏振控制器(10)的出口连接,所述耦合器(9)的9c出口与所述第二偏振控制器(10)的进口连接,所述耦合器(9)的9d出口与所述第三偏振控制器(11)的进口连接,所述第三偏振控制器(11)的出口与所述第二偏振分束器(12)的进口连接。

2.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述连续波泵浦源(1)在仿真时采用单色光的连续波激光器,所述单色光的连续波激光器的功率为2W,波长为1550nm。

3.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述第一偏振分束器(3)在仿真时的分光比为50:50。

4.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述第一模式发生器(4)和所述第二模式发生器(5)在仿真时均采用电脉冲发生器,所述电脉冲发生器的工作功率范围为20至100W,所述电脉冲发生器用于产生预设脉宽、强度和时延的高斯脉冲;

仿真时根据需求,所述第一模式发生器(4)和所述第二模式发生器(5)依次产生的高斯脉冲为:

脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为60ps的两个单峰高斯脉冲;

脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为360ps的一个单峰高斯脉冲和一个双峰高斯脉冲,其中双峰高斯脉冲之间的时间间隔设置为200ps;

脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为440ps的两个双峰高斯脉冲,其中双峰高斯脉冲之间的时间间隔均设置为200ps。

5.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述第一调制器(6)和所述第二调制器(7)在仿真时均采用强度调制,获取添加了强度微扰的连续波泵浦场;

所述添加了强度微扰的连续波泵浦场包括:偏振态u和偏振态v,u轴和v轴为两个正交偏振轴;

所述偏振态u表示为:

2 2

Ein,u(z,τ)=Eincos(χ)+Ep,uexp[‑τ/(2τu)]f(z)所述偏振态v表示为:

2 2

Ein,v(z,τ)=Einsin(χ)+Ep,vexp[‑(τ‑Δτdrift) /(2τv)]f(z)其中,Ein为连续波泵浦源(1)输出的连续波泵浦场;Ein,u(z,τ)和Ein,v(z,τ)分别为对应于偏振态u和v的第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)产生的驱动场强度;Ep,u和Ep,v分别为对应于偏振态u和v的第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)产生的用于强度调制的驱动场峰值强度;τu和τv分别为第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)产生的高斯脉冲的脉宽;Δτdrift为偏振态v相对于u的漂移时间;f(z)为矩形函数,f(z)=Π(z/L‑n0‑1/2)对于z∈[n0L,(n0+1)L],z和L分别为传输距离与腔长,当f(z)为0时表示在第n0圈注入了强度调制。

6.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述耦合器(9)在仿真时的耦合度为90:10。

7.根据权利要求1所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统,其特征在于,所述耦合器(9)和所述第二偏振控制器(10)通过保偏光纤组成无源环形谐振腔,所述添加了强度微扰的连续波泵浦场通过所述无源环形谐振腔获得矢量腔孤子;

所述添加了强度微扰的连续波泵浦场在所述无源环形谐振腔内的演化公式如下:其中,z为腔内的传输距离;u和v为两个偏振态的缓变电场包络;α1=(α‑ln(1‑k))/(2L),α为腔内损耗,k为功率耦合系数,L为腔长;Δβ为两个偏振模式之间的波矢失配;δ1=1

δ0/L,δ0为环程相位失谐;β2为群速度色散;Δβ1为群速度失配;γ为克尔非线性系数;η=k/2

/L;Ein为一个连续波泵浦场;χ为泵浦场的线性偏振方向。

8.一种基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生方法,基于如权利要求1‑7任一项所述的基于无源谐振腔的高阶矢量孤子产生系统实现,其特征在于,包括:S1:开始仿真,所述连续波泵浦源(1)产生输入激光;

S2:所述输入激光依次经过所述第一偏振控制器(2)、所述第一偏振分束器(3)、所述第一调制器(6)、所述第二调制器(7),且分别在所述第一模式发生器(4)和所述第二模式发生器(5)的作用下进行强度调制,得到添加了强度微扰的连续波泵浦场;所述耦合器(9)和所述第二偏振控制器(10)构成所述无源环形谐振腔;

S3:将所述添加了强度微扰的连续波泵浦场依次经过所述偏振合束器(8)和所述耦合器(9),进入所述无源环形谐振腔进行激励并得到矢量腔孤子;

S4:将所述矢量腔孤子依次经过所述第三偏振控制器(11)和第二偏振分束器(12),矢量腔孤子的两个偏振正交成分分别在所述第二偏振分束器(12)的横轴和纵轴上进行投影,获取横轴投影结果和纵轴投影结果;

投影过程如下:

H=u·cosθ+v·sinθ

V=u·sinθ‑v·cosθ

其中,H表示横轴投影结果,V表示纵轴投影结果,θ表示偏振态u与第二偏振分束器(12)中横轴的夹角;

S5:根据所述矢量腔孤子的两个偏振正交成分、所述横轴投影结果和所述纵轴投影结果获得高阶矢量孤子,具体为:

对于两个偏振正交成分为“1+1”的所述矢量腔孤子,若横轴投影结果和纵轴投影结果皆为两个脉冲,则投影后得到的矢量孤子为“2+2”型高阶矢量孤子;对应的第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)输出的高斯脉冲分别为:脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为

60ps的两个单峰高斯脉冲;

对于两个偏振正交成分为“1+2”的所述矢量腔孤子,若横轴投影结果和纵轴投影结果皆为三个脉冲,则投影后得到的矢量孤子为“3+3”型高阶矢量孤子;对应的第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)输出的高斯脉冲分别为:脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为

360ps的一个单峰高斯脉冲和一个双峰高斯脉冲,其中双峰高斯脉冲之间的时间间隔设置为200ps;

对于两个偏振正交成分为“2+2”的所述矢量腔孤子,若横轴投影结果和纵轴投影结果皆为四个脉冲,则投影后得到的矢量孤子为“4+4”型高阶矢量孤子;对应的第一模式发生器(4)和第二模式发生器(5)输出的高斯脉冲分别为:脉宽为20ps,强度为72W,时间间隔为

440ps的两个双峰高斯脉冲,其中双峰高斯脉冲之间的时间间隔均设置为200ps。