基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置.pdf

基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置，它是一种光纤系统中通过多频相位调制的方法抑制受激布里渊散射的方法及装置，以解决现有抑制受激布里渊散射方法存在的抑制程度较小、效率较低和稳定性较差的问题。抽运光经过调制后分光，第一束输出光测量其光谱，另一束光再分光，分光后的第一束光测得入纤功率P；另一束光经光环形器进入单模光纤并测得功率PSBS。多频相位调制器、光学隔离器和第一耦合器都设置在光纤激光器发射光路上，F-P干涉仪和第二耦合器分别设置在第一耦合器的两个出射光路上，第一探测器和光环形器分别设置在第二耦合器的两个出射光路上，第二探测器设置在光环形器的反向出射光路上，单模光纤设置在光环形器的出射光路上。

1、  基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法，其特征在于它由以下步骤实现：
步骤一、将光纤激光器(1)产生的抽运光输入到多频相位调制器(2)中进行调制，获得调制光；
步骤二、将该调制光通过光学隔离器(3)分光，再通过第一耦合器(4)输出两束调制光，第一束由F-P干涉仪(5)测量其光谱；
步骤三、第一耦合器(4)输出的另一束调制光经第二耦合器(6)分成两束，其中一束调制光输入到第一探测器(7)，测得该调制光的入纤功率P；
步骤四、第二耦合器(6)输出的另一束调制光经光环形器(9)进入单模光纤(10)，并由设置在单模光纤(10)的光传输反方向上的第二探测器(8)探测散射光的功率P_SBS。

2、  基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制装置，其特征在于它由光纤激光器(1)、多频相位调制器(2)、光学隔离器(3)、第一耦合器(4)、F-P干涉仪(5)、第二耦合器(6)、第一探测器(7)、第二探测器(8)、光环形器(9)和单模光纤(10)组成，多频相位调制器(2)、光学隔离器(3)和第一耦合器(4)都依次设置在光纤激光器(1)发射光路上，F-P干涉仪(5)设置在第一耦合器(4)的第一出射光路上，第二耦合器(6)设置在第一耦合器(4)的第二出射光路上，第一探测器(7)设置在第二耦合器(6)的第一出射光路上，光环形器(9)设置在第二耦合器(6)的第二出射光路上，第二探测器(8)设置在光环形器(9)的反向出射光路上，单模光纤(10)设置在光环形器(9)的出射光路上。

基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及光通讯领域，具体涉及一种在光纤系统中通过多频相位调制的方法抑制受激布里渊散射的方法及装置。
背景技术
光纤中有许多非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)、四波混频、自相位调制、交叉相位调制等。其中受激布里渊散射是一种将前向传输光信号的光功率转移给后向散射光和声子场的非线性效应，受激布里渊散射效应与光纤中的其它几种非线性效应比较，具有最低的阈值功率，因而最易于发生。受激布里渊散射效应造成信号光的损耗，导致接收端光信噪比下降，严重地影响光传输系统的性能。为了避免受激布里渊散射效应的产生，系统的入纤功率只能限制在受激布里渊散射阈值以下，这影响了光传输系统的性能的提高。通常采用提高光纤中受激布里渊散射效应的阈值的方法来抑制受激布里渊散射效应。
光纤中受激布里渊散射的抑制方法主要有激光器高频抖动法、色散补偿法、拉伸应变法和和单频相位调制法。但是这四种方法的缺点是对于受激布里渊散射效应的抑制的程度有限，效率比较低，稳定性也比较低，因此需要一种能够有效地抑制受激布里渊散射效应的方法。
发明内容
本发明为解决现有的在光纤中抑制受激布里渊散射的方法存在的抑制程度较小、效率较低和稳定性较差的问题，提供一种基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置。本发明的方法由以下步骤实现：
步骤一、将光纤激光器产生的抽运光输入到多频相位调制器中进行调制，获得调制光；
步骤二、将该调制光通过光学隔离器分光，再通过第一耦合器输出两束调制光，第一束由F-P干涉仪测量其光谱；
步骤三、第一耦合器输出的另一束调制光经第二耦合器分成两束，其中一束调制光输入到第一探测器，测得该调制光的入纤功率P；
步骤四、第二耦合器输出的另一束调制光经光环形器进入单模光纤，并由设置在单模光纤的光传输反方向上的第二探测器探测散射光的功率P_SBS。
本发明的装置由光纤激光器、多频相位调制器、光学隔离器、第一耦合器、F-P干涉仪、第二耦合器、第一探测器、第二探测器、光环形器和单模光纤组成，多频相位调制器、光学隔离器和第一耦合器都依次设置在光纤激光器发射光路上，F-P干涉仪设置在第一耦合器的第一出射光路上，第二耦合器设置在第一耦合器的第二出射光路上，第一探测器设置在第二耦合器的第一出射光路上，光环形器设置在第二耦合器的第二出射光路上，第二探测器设置在光环形器的反向出射光路上，单模光纤设置在光环形器的出射光路上。
有益效果：本方法通过将多频相位调制抽运光的光谱分裂成多条谱线，能量就按照基频和各阶边频复振幅的模的平方的比率分配到各条谱线上，在等幅情况下受激布里渊散射的阈值功率有明显的提高，同时可知受激布里渊散射的阈值功率除了和调制深度、相位角有关外，还同调制基频有关系，本方法能够有效地抑制受激布里渊散射效应，具有调制电压低、效率高以及稳定性高的特点。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；图2为无调制反射率曲线；图3为三等幅反射率曲线；图4为五等幅反射率曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1～图4，本实施方式的方法由以下步骤组成：
步骤一、将工作波长在1550.12nm的窄线宽的分布式光纤激光器1产生的抽运光输入到多频相位调制器2中进行调制，获得三等幅或者五等幅的调制光；
步骤二、该调制光通过光学隔离器3分光，再通过1∶99的第一耦合器4输出该调制光的1％由共焦扫描F-P干涉仪5测量其光谱；
步骤三、第一耦合器4输出的另一束调制光经1∶1的第二耦合器6分成两束，其中一束调制光输入到第一探测器7，测得该调制光的入纤功率P；
步骤四、第二耦合器6输出的另一束调制光经光环形器9进入单模光纤10，并由设置在单模光纤10的光传输反方向上的第二探测器8探测散射光的功率P_SBS。
经过多频相位调制抽运光的光谱分裂成多条谱线，公式(1)给出了调制后的基频和各阶边频的复振幅：
A0=ΣΣk=1+∞k·nk=0Πk=1+∞Jnk(γk,φk)Ai=ΣΣk=1+∞k·nk=iΠk=1+∞Jnk(γk,φk)i=1,2,3···A-i=ΣΣk=1+∞k·nk=-iΠk=1+∞Jnk(γk,φk)---(1)]]>
其中，A₀是基频振幅，A_i和A_-i分别是i阶上下边频的振幅，是调制指数，φ_k是谐波的初始相位。由于公式(1)的右边都是无限项的组合，是不可能进行数值模拟的，而且实验上加载在调制器上的电压不会很大，因此在数值模拟时选取调制数小于4。另外公式(1)右边的高阶变形贝塞尔函数的值很小，因此可以忽略不计，可以进行数值模拟。经过多频相位调制抽运光的光谱分裂成多条谱线，能量就按照基频和各阶边频复振幅的模的平方的比率分配到各条谱线上，公式(1)给出了基频和各阶边频的复幅度。若无调制式时受激布里渊散射的阈值功率是P₀则经过调制后的阈值功率为：
P=P0·1max|Ai|2---(2)]]>
由式(2)可知，调制后的阈值功率同基频和各阶边频复振幅的模的平方成反比关系，而且根据最优化法若要得到尽可能高的阈值功率，光谱线必须是等幅的。通过调制指数的选择，取γ₁＝1.435时，经过数值模拟，可以知道max|A₃|²＝0.300；取γ₁＝1.240，γ₂＝1.531，φ₂＝0.5π时，经过数值模拟，max|A₅|²＝0.138。在此实施方式中，三等幅、五等幅的调制信号基频为60MHz，这是因为单模光纤中的布里渊带宽大约30MHz，而基频是它的二倍使得光梳各条谱线间分的很开，避免了相互间的影响。而无调制时的受激布里渊散射阈值是已知的，因此代入max|A₃|²＝0.300以及max|A₅|²＝0.138就可以得到三等幅和五等幅情况下的受激布里渊散射阈值。
定义反射率为1％时的入纤功率为受激布里渊散射的阈值功率，则可以从曲线上得到无调制、三等幅、五等幅受激布里渊散射阈值功率的实验值。将无调制时的阈值功率代入公式(2)得到各等幅受激布里渊散射阈值功率的理论值，无调制时受激布里渊散射的阈值功率为6.53mW，三等幅调制时的受激布里渊散射的阈值功率为21.69mW，三等幅调制时的受激布里渊散射的阈值功率为44.82mW。
三等幅和五等幅调制下阈值的理论提高值分别为5.23dB和8.60dB，而实验的提高值为5.21dB和8.36dB，在误差允许的范围内，多频相位调制法可以很好的抑制受激布里渊散射效应。
具体实施方式二：参见图1，本实施方式的装置由光纤激光器1、多频相位调制器2、光学隔离器3、第一耦合器4、F-P干涉仪5、第二耦合器6、第一探测器7、第二探测器8、光环形器9和单模光纤10组成，多频相位调制器2、光学隔离器3和第一耦合器4都依次设置在光纤激光器1发射光路上，F-P干涉仪5设置在第一耦合器4的第一出射光路上，第二耦合器6设置在第一耦合器4的第二出射光路上，第一探测器7设置在第二耦合器6的第一出射光路上，光环形器9设置在第二耦合器6的第二出射光路上，第二探测器8设置在光环形器9的反向出射光路上，单模光纤10设置在光环形器9的出射光路上。