基于非线性相移光纤光栅的全光触发器

摘要

本发明公开了基于非线性相移光纤光栅的全光触发器，其偏置信号源通过第一光隔离器通过第一偏振控制器连接，第一偏振控制器第一带通滤波器连接，第一带通滤波器的c2经具有双耦合器光纤环形谐振腔中的上方耦合器d1后与波分复用器的e1连接，波分复用器的e2与非线性相移光纤光栅的f1连接，由非线性相移光纤光栅的f2输出触发信号；设置信号源通过第二光隔离器与第二偏振控制器的h1连接，第二偏振控制器通过第二带通滤波器与波分复用器的e3连接；重置信号源通过第三光隔离器与第三偏振控制器的k1连接，第三偏振控制器的k2与第三带通滤波器的l1连接，第三带通滤波器的l2输出的光波经具有双耦合器光纤环形谐振腔中的下方耦合器d2进入环形谐振腔。

说明书

技术领域

本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于非线性相移光纤光栅的全 光触发器。

背景技术

光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、与光纤全兼容、抗电磁干扰能力强、 化学稳定和电绝缘等优点，这使得它在光纤通信和光信息处理等领域得到了广 泛的应用。在光纤通信中，光纤光栅可以用于光纤激光器、光纤放大器、光栅 滤波器、色散补偿器、波分复用器，也可用于全光波长路由和光交换等。光在 非线性光纤光栅中谐振具有双稳特性，即一种输入对应两种输出状态。利用这 种特性，加上正反馈或者负反馈，能实现器件的信号输出在两者状态之间切换， 即可以用来构造基于双稳特性的触发器。这种触发器开关速度快，能适应高速 传输。

发明内容

本发明提供了一种基于非线性相移光纤光栅的全光触发器。本发明非线性 相移光纤光栅的全光触发器具有体积小、熔接损耗小、与光纤全兼容、抗电磁 干扰能力强等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。

本发明采取以下技术方案：基于非线性相移光纤光栅的全光触发器，其特 征是包括偏置信号源(1-1)、第一光隔离器(1-2)、设置信号源(2-1)、第二光 隔离器(2-2)、重置信号源(3-1)、第三光隔离器(3-2)、第一偏振控制器(1-3)、 第二偏振控制器(2-3)、第三偏振控制器(3-3)、第一带通滤波器(1-4)、第二 带通滤波器(2-4)、第三带通滤波器(3-4)、波分复用器(1-5)、具有双耦合器 光纤环形谐振腔(3-5)、非线性相移光纤光栅(1-6)，偏置信号源(1-1)与第一 光隔离器(1-2)的第一端口(a1)连接，第一光隔离器(1-2)的第二端口(a2)与第 一偏振控制器(1-3)的第一个端口(b1)连接，第一偏振控制器(1-3)的第二个端 口(b2)与第一带通滤波器(1-4)的第一个端口(c1)连接，第一带通滤波器(1-4) 第二端口(c2)经具有双耦合器光纤环形谐振腔(3-5)中的上方耦合器(d1)后与 波分复用器(1-5)的第一输入端口(e1)连接，波分复用器(1-5)的输出端口(e2) 与非线性相移光纤光栅(1-6)的第一个端口(f1)连接，接着由非线性相移光纤 光栅(1-6)第二个端口(f2)输出触发信号；设置信号源(2-1)与第二光隔离器 (2-2)的第一端口(g1)连接，第二光隔离器(2-2)的第二端口(g2)与第二偏振控 制器(2-3)的第一个端口(h1)连接，第二偏振控制器(2-3)的第二个端口(h2)与 第二带通滤波器(2-4)的第一个端口(i 1)连接，第二带通滤波器(2-4)第二端口 (i2)与波分复用器(1-5)的第二输入端口(e3)连接；重置信号源(3-1)与第三光 隔离器(3-2)的第一端口(j1)连接，第三光隔离器(3-2)的第二端口(j2)与第三 偏振控制器(3-3)的第一个端口(k1)连接，第三偏振控制器(3-3)的第二个端口 (k2)与第三带通滤波器(3-4)的第一个端口(l1)连接，第三带通滤波器(3-4)的 第二端口(l2)输出的光波经具有双耦合器光纤环形谐振腔(3-5)中的下方耦合 器(d2)进入环形谐振腔。

优选的，维持、置位和复位信号源所产生的信号波波长为1550nm。

优选的，相移光纤光栅前后相移量为π/2。

优选的，掺铒光纤光栅非线性折射率2.3×10^-15m²/W。

优选的，放大后泵浦光的功率为9W。

本发明利用光在非线性光纤光栅中谐振具有双稳特性，系统首先处于低透 射状态，对应数字信号“0”。由偏置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通滤 波器产生一束维持光，接着通过设置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通 滤波器，利用波分复用器在维持光强的基础上加上一束正反馈的光，从而使透 射状态得以突变，处于高透射状态，设置脉冲消失后，由于双稳态记忆特性， 系统仍然维持高透射状态，对应数字信号“1”，实现了由“0”到“1”的翻转。在另 一线路上利用重置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通滤波器形成的光波 在具有双耦合器光纤环形谐振腔发生谐振，从而减小了光波输出功率，相当于 在维持光的基础上加上一束负反馈的光，从而使透射状态得以突变，处于低透 射状态，重置脉冲消失后，由于双稳态记忆特性，系统仍然维持低透射状态， 对应数字信号“0”，实现了由“1”到“0”的翻转。

本发明非线性相移光纤光栅的全光触发器具有体积小、熔接损耗小、与光 纤全兼容、抗电磁干扰能力强等优点，特别适于光通信系统技术中的应用。

附图说明

图1为本发明基于非线性相移光纤光栅的全光触发器结构示意图。

图2(a)为设置信号源、重置信号源输入的正负反馈，set表示设置信号，reset 表示重置信号。

图2(b)为全光触发器输出的触发信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

如图1所示，本实施例基于非线性相移光纤光栅的全光触发器包括偏置信 号源1-1、第一光隔离器1-2、设置信号源2-1、第二光隔离器2-2、第三光隔离 器3-2、第一偏振控制器1-3、第二偏振控制器2-3、第三偏振控制器3-3、第一 带通滤波器1-4、第二带通滤波器2-4、第三带通滤波器3-4、波分复用器1-5、 具有双耦合器光纤环形谐振腔3-5、非线性相移光纤光栅1-6、重置信号源3-1， 偏置信号源1-1与第一光隔离器1-2的第一端口a1连接，第一光隔离器1-2的 第二端口a2与第一偏振控制器1-3的第一个端口b1连接，第一偏振控制器1-3 的第二个端口b2与第一带通滤波器1-4的第一个端口c1连接，第一带通滤波 器1-4的第二端口c2经具有双耦合器光纤环形谐振腔3-5中的上方耦合器d1 后与波分复用器1-5的第一输入端口e1连接，波分复用器1-5输出端口e2与 非线性相移光纤光栅1-6的第一个端口f1连接，接着由非线性相移光纤光栅 1-6的第二个端口f2输出触发信号。

设置信号源2-1与第二光隔离器2-2的第一端口g1连接，第二光隔离器2-2 的第二端口g2与第二偏振控制器2-3的第一个端口h1连接，第二偏振控制器 2-3的第二个端口h2与第二带通滤波器2-4的第一个端口i1连接，第二带通滤 波器(2-4)第二端口i2与波分复用器1-5第二输入端口e3连接。

重置信号源3-1与第三光隔离器3-2的第一端口j1连接，第三光隔离器3-2 的第二端口j2与第三偏振控制器3-3的第一个端口k1连接，第三偏振控制器 3-3的第二个端口k2与第三带通滤波器3-4的第一个端口l1连接，第三带通滤 波器3-4第二端口l2输出的光波经具有双耦合器光纤环形谐振腔3-5中的下方 耦合器d2进入环形谐振腔。

本实施例中，谐振腔的全光触发器的2个耦合器的交叉耦合系数均为0.3。 设置、重置信号的是宽度为3ps，周期为32ps的高斯信号。非线性光纤光栅 的介质为无抽运掺铒光纤，相移光纤光栅的相位差取π/2，光栅耦合系数300 cm^-1，光栅长度L＝2.5cm，光栅平均折射率1.46，非线性克尔系数9×10^-15cm^-2/W。

图2即为在设置和重置信号作用下，触发器输出的码流。说明可以通过调 节触发信号来实现需要的码流，实现编码功能。

本发明基于非线性相移光纤光栅的全光触发器工作过程：

1、利用光在非线性光纤光栅中谐振具有双稳特性，由偏置信号源经过光 隔离器、偏振控制器、带通滤波器产生一束维持光。

2、根据光学双稳性的突变性，系统首先处于低透射状态，对应数字信号“0”。 由偏置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通滤波器产生一束维持光，接着 通过设置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通滤波器，利用波分复用器在 维持光强的基础上加上一束正反馈的光，从而使透射状态得以突变，处于高透 射状态，设置脉冲消失后，由于双稳态记忆特性，系统仍然维持高透射状态， 对应数字信号“1”，实现了由“0”到“1”的翻转。

3、在另一线路上利用重置信号源经过光隔离器、偏振控制器、带通滤波 器形成的光波在具有双耦合器光纤环形谐振腔发生谐振，从而减小了光波输出 功率，相当于在维持光的基础上加上一束负反馈的光，从而使透射状态得以突 变，处于低透射状态，重置脉冲消失后，由于双稳态记忆特性，系统仍然维持 低透射状态，对应数字信号“0”，实现了由“1”到“0”的翻转。

本发明构造了基于双稳特性的触发器，光学双稳态特性由相移光纤光栅相 位差的存在得以实现。

以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术 人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些 改变也应视为本发明的保护范围。