光脉冲放大器.pdf

参考图1，按本发明的光脉冲放大器包括一具有四个端口的第一光
耦合器100，第一和第二线性调频光栅110和115。一具有四个
端口的第二耦合器120，及一光放大部分130。

第一光耦合器100具有第一、第二、第三和第四端口102、
104、106和108，以50∶50的比率分离输入的光脉冲并且在一旦
发生耦合时将光脉冲移相π/2。

第一和第二线性调频光栅110和115具有相同的光性能，每个
它的一端与第一耦合器100的第二和第三端口104和106相连
接，且它的其它端与第二光耦合器120相连接。第一和第二线性调频
光栅110和115根据波长在不同位置反射入射光。

光放大部分130与第一光耦合器100的第四个端口108相连
接，并将从第四端口108输入的光脉冲放大。光放大部分130包括
一第一分离器131，泵浦光源132，一波分多路复用器(WDM)
耦合器133用于对具有不同波长的光脉冲和由泵浦光源132产生的
泵浦光进行多路复用，一掺铒光纤(EDF)134，及一第二分离器
135。

第二光耦合器120包括第一、第二、第三和第四端口122、
124、126和128，第二和第三端口124和126与第一和第
二线性调频光栅110和115相连接，第一端口122与光放大部分
130相连接，且第四端口128是一输出端口。第二光耦合器120
以50∶50的比率将经过光放大部分130放大之后输入的光脉冲分离，并
输出分离的光脉冲，并且在一旦发生耦合时，按π/2对输出的光脉冲
移相。

将描述具有如上结构的光脉冲放大器的操作。首先，当经过第一光
耦合器100的第一端口102输入光脉冲时，具有1/2功率没有相
移的光脉冲输出到第二端口104，由于一旦耦合按π/2相移的具有
1/2功率的光脉冲输出到第三端口106。第二和第三端口104和
106与具有相同光性能的第一和第二线性调频光栅110和115相
连接，输入到该处的光脉冲对每种波长在第一、第二线性调频光栅
110和115的不同位置被反射。由第一和第二线性调频光栅110
和115产生的反射如下：

如图2所示，线性调频光栅的光栅周期根据它的波长而变化。假定
有不同的波长λ₁、λ₂…λ_n且波长满足λ₁＞λ₂＞…＞λ_n
的条件，线性调频光栅在一满足布拉格条件的位置反射每种波长的光脉
冲。在光栅的芯内的布拉格条件产生反射是由以下等式(1)确定的：

λ_i=2·n_eff·d_i    …(1)

在等式(1)中，λ_i是入射光的波长，n_eff是有效拆射率且d_i是光
栅周期。

也就是，当光栅周期变长，满足上述等式的波长变大。因此，具有
一长波长的光脉冲在具有一长光栅周期的位置反射。而具有一短波长的
光脉冲在具有一比具有长波长光脉冲要短的光栅周期的位置反射。也就
是，随着时间递减经过线性调频光栅的光脉冲扩散增加，因此光脉冲的
宽度加宽。

经过第一和第二线性调频光栅110和115反射之后，再入射至
第一光耦合器110的第二和第三端口104和106的光脉冲以50∶50
的比率输出到第一和第四端口102和108。从第二端口104再入
射的没有相移的光脉冲和从第三端口106再入射的具有一按π相移的
光脉冲都输出至第一端口102，所以这些脉冲被除去。因此，第一端
口102不输出任何光脉冲。从第二端口104再入射的且由于一旦耦
合具有π/2相移的光脉冲和由第三端口106再入射的且由于没有耦
合而保持π/2的相移的光脉冲都输出至第四端口108。也就是，输
出到第四端口108的光脉冲是增强的光脉冲。

图3显示了在经过第一和第二线性调频光栅110和115被加宽
而输出至第四端口的光脉冲。在图3中，“A”表示输入的脉冲，且
“B”表示输出的脉冲。

从第四端口108输出的光脉冲通过光脉冲放大部分130放大如
下。首先由泵浦光源132如激光二极管产生的泵浦光和经过第四端口
108入射的光脉冲一起由波分多路复用器(WDM)耦合器133进
行多路复用。输入的泵浦光激发EDF134内含有的基态铒离子Er3+
作为放大介质，产生粒子束反转。EDF134通过激发粒子束反转铒
的发射而放大光脉冲。

第一分离器131阻止了由EDF134产生的放大的自发辐射在
从第一光耦合器100的第四端口108反射之后的再入射。第二分离
器135阻止了由EDF134产生的放大的自发辐射在由与光放大部
分130相连接的第二光耦合器120的第一端口122反射之后的再
入射。

这种放大的光脉冲输入到第二光耦合器的第一端口122，并如在
第一光耦合器100中一样以50∶50的比率输出至第二和第三端口124
和126。每个输出的光脉冲以与第一光耦合器100入射方向相反的
方向再入射到第一和第二线性调频光栅110和115。因此，具有短
波长的光脉冲较早反射，而具有较长波长的光脉冲较晚反射，产生脉冲
压缩。压缩的脉冲通过与在第一光耦合器100中相同的操作输出至第
二光耦合器120的第四端口128。

图4显示了第二光耦合器120的输入/输出波长，“A”表示放
大的输入脉冲且“B”表示输出至第四端口128的脉冲。

这里，第一和第二光耦合器100和120可以是除将入射光脉冲
以50∶50比率分离的3dB耦合器之外的极化光束分离或纤维极化分离器，
它可以根据极化状态确定输出端口并使极化控制器将从线性调频光栅反
射的光脉冲输出至预定端口。图5A显示了极化光分离器的结构，且图
5B显示了纤维极化分离器的结构。

如上所述，按本发明的光脉冲放大器，通过放大并加宽光脉冲可以
避免非线性效应和光谱烧孔效应，且衍射损耗少且制作容易。另外通过
加宽和压缩可以获得和输入脉冲相同并且有一放大的强度的输出脉冲。
另外，使用光耦合器与使用昂贵装置如回转器相比经济上更合算。