基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法

1.本发明涉及一种改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法，具体涉及一种基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法。


背景技术：

2.锁模激光器是指激光器的时域输出波形是脉冲，频域上各纵模之间有固定的相位关系。锁模激光器在高速数据传输，光时分复用，光时钟恢复，超快信号处理和光梳等通信领域有着广泛的应用。基于半导体的锁模激光器具有体积小、易集成和重复频率高等诸多优点。由于量子点中电子的态密度与能量关系为δ函数，基于量子点的半导体激光器有着超低的阈值电流密度，良好的温度稳定性，接近于零的线宽增益因子和高调制带宽等特点，有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
3.单区量子点锁模激光器的腔只有增益区，锁模是由量子点腔中很强的非线性引起的。由于锁模激光器的重复频率与激光器的腔长成反比，单区量子点锁模激光器的腔长较短，因而可以用来产生更高频率更窄的脉冲。但是由于单区激光器没有饱和吸收区，无法通过调节偏压和饱和区的长度来优化锁模。所以对于单区锁模激光器可以通过外部控制进行优化，降低rf线宽，减小时间抖动等。目前使用的光电优化方法有注入锁定，耦合光电振荡，外腔反馈等。注入锁定需要外部稳定频率的激光器，耦合光电振荡的方法需要加入光电调制器、电滤波器和光电探测器等额外的器件。相比而言，外腔反馈的方法只需要将激光器的一部分光通过光纤外腔反馈到激光腔中。这种方法不需要外部光源和光电器件，更加的简便直接，经济实惠。
4.外腔反馈有单腔反馈和双环反馈。相比于单腔反馈，双环反馈可以更好的降低rf线宽、减小时间抖动，获得更高的边模抑制比。双环反馈中两个环的长度和反馈的强度都对rf线宽有影响。通过调节环的长度和反馈功率参数发现，当两个环对称时，在控制反馈功率下，得到的rf线宽最窄。两个环对称要求环的长度一致，偏振相同，也需要对每一个环路的衰减进行调节，这些需要对两个环的参数进行精密的控制，增加了控制的复杂度。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法。
6.本发明提供了一种基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法，用于改善单区量子点锁模激光器的锁模性能，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将单区量子点锁模激光器的输出端通过棱镜光纤连接到光耦合器，光耦合器具有a端口、b端口、c端口以及d端口，单区量子点锁模激光器的输出端与a端口连接；步骤2，将一个光延迟线、第一偏振控制器、基于光纤的偏振光束分束器以及第二偏振控制器依次连接构成外部反馈环路，并将光延迟线与c端口连接，将第二偏振控制器与d端口连接，使得单区量子点锁模激光器、光耦合器以及外部反馈环路完成连接；步骤3，断开单区量子点锁模激光器与光耦合器
的a端口的连接，通过光谱仪观察频域的光谱和模式间距，并通过光电探测器和电谱仪进行分析和计算，得到未连接外部反馈环路时的rf线宽；步骤4，将单区量子点锁模激光器与光耦合器的a端口进行连接，并将b端口连接光电探测器和电谱仪对rf线宽进行观测，通过调节外部反馈环路的长度以及调节第一偏振控制器与第二偏振控制器来调节反馈光功率来降低rf线宽，完成锁模性能的改善，其中，外部反馈环路中具有两个反馈回路，第一反馈回路为单区量子点锁模激光器的输出通过a端口后，进入c端口，经过第一偏振控制器、基于光纤的偏振光束分束器和第二偏振控制器后，再通过d端口回到a端口和单区量子点锁模激光器，第二反馈回路为单区量子点锁模激光器的输出通过a端口后，经过d端口、第二偏振控制器、基于光纤的偏振光束分束器和第一偏振控制器后，再通过c端口回到a端口和单区量子点锁模激光器，第一反馈回路与第二反馈回路经过完全相同的光路，长度一致。
7.在本发明提供的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法中，还可以具有这样的特征：其中，外部反馈环路的长度通过增加光纤跳线进行粗调或通过光延迟线进行细调。
8.在本发明提供的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法中，还可以具有这样的特征：其中，第一反馈环路的光功率大小通过调节第一偏振控制器，改变进入基于光纤的偏振光束分束器的光的偏振方向，从而改变从基于光纤的偏振光束分束器出射的光功率以及反馈到单区量子点锁模激光器的光功率，第二反馈环路的光功率大小通过调节第二偏振控制器，改变进入基于光纤的偏振光束分束器的光的偏振方向，从而改变从基于光纤的偏振光束分束器出射的光功率以及反馈到单区量子点锁模激光器的光功率。
9.在本发明提供的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法中，还可以具有这样的特征：其中，a端口、b端口、c端口以及d端口均为可逆端口，a端口和b端口的分光比为50％，c端口和d端口的分光比为50％。
10.发明的作用与效果
11.根据本发明所涉及的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法，因为单区量子点锁模激光器只有增益区，没有饱和吸收区，其锁模性能的改善无法通过增益和吸收区的参数调节进行改进，因此本发明通过外腔反馈的方法进行优化，并且外腔反馈回路中只包含几个无源器件，结构简单实用，本发明通过一种较为简便直接的技术方案来降低单区量子点锁模激光器的rf线宽，改进了单区量子点锁模激光器的锁模；因为外部反馈环路中通过偏振控制器和基于光纤的偏振光束分束器来控制反馈的功率，而不需要使用光衰减器，能够降低成本，并且偏振控制器和基于光纤的偏振光束分束器的进行结合可以连续灵活的对反馈光功率进行调节，不受光衰减器精度的影响；因为通过光耦合器将单区量子点锁模激光器与外部反馈环路连接，利用光耦合器的双向工作特点，直接连接光耦合器的两个输出端口构成了两个等长、路径相同的光反馈环路，所以，不需要额外对两个反馈环路进行长度的匹配，降低了外腔反馈的复杂性。
附图说明
12.图1是本发明的实施例中的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法的原理图；
13.图2是本发明的实施例中的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的
方法的具体使用结构图。
具体实施方式
14.为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
15.《实施例》
16.本实施例一种基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法，用于改善单区量子点锁模激光器的锁模性能，包括以下步骤：
17.图1是本发明的实施例中的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法的原理图，图2是本发明的实施例中的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法的具体使用结构图。
18.如图1和图2所示，步骤1，将单区量子点锁模激光器10的输出端通过棱镜光纤20连接到光耦合器30，光耦合器30具有a端口、b端口、c端口以及d端口，单区量子点锁模激光器10的输出端与a端口连接。
19.本实施例中，使用的单区量子点锁模激光器的中心波长在1550nm，阈值电流为40ma，腔长为850μm，锁模频率为50.25ghz(模式间距)。激光器的两个端面，一个端面镀高反膜，反射率约为95％，激光器的另一个端面为解理面，反射率约为33％，
20.步骤2，将一个光延迟线40、第一偏振控制器51、基于光纤的偏振光束分束器60以及第二偏振控制器52依次连接构成外部反馈环路，并将光延迟线40与c端口连接，将第二偏振控制器52与d端口连接，使得单区量子点锁模激光器10、光耦合器30以及外部反馈环路完成连接。
21.a端口、b端口、c端口以及d端口均为可逆端口。
22.a端口和b端口的分光比为50％，使得50％的光通过a端口进入外部反馈回路，50％的光通过b端口用于测试。
23.c端口和d端口的分光比为50％，保证两个反馈回路的反馈光的光强相等。
24.外部反馈环路中具有两个反馈回路，第一反馈回路为单区量子点锁模激光器10的输出通过a端口后，进入c端口，经过第一偏振控制器51、基于光纤的偏振光束分束器60和第二偏振控制器52后，再通过d端口回到a端口和单区量子点锁模激光器10，
25.第二反馈回路为单区量子点锁模激光器10的输出通过a端口后，经过d端口、第二偏振控制器52、基于光纤的偏振光束分束器60和第一偏振控制器51后，再通过c端口回到a端口和单区量子点锁模激光器10。
26.第一反馈回路与第二反馈回路经过完全相同的光路，长度一致。
27.步骤3，断开单区量子点锁模激光器10与光耦合器30的a端口的连接，通过光谱仪观察频域的光谱和模式间距，并通过光电探测器和电谱仪进行分析和计算，得到未连接外部反馈环路时的rf线宽。
28.本实施例中，通过光谱仪上看到单区量子点锁模激光器的中心频率在1550nm，模式间距为50.25ghz的单区量子点锁模激光器的增益谱。再通过一个高频光电探测器(带宽大于50ghz)，在电谱仪上可以观测到rf信号。rf信号的中心频率在50.25ghz，等于单区量子点锁模激光器的模式间距，rf信号的线宽约为100khz量级。
29.步骤4，将单区量子点锁模激光器10与光耦合器30的a端口进行连接，并将b端口连接光电探测器和电谱仪对rf线宽进行观测，通过调节外部反馈环路的长度以及调节第一偏振控制器51与第二偏振控制器52来调节反馈光功率来降低rf线宽，完成锁模性能的改善。
30.外部反馈环路的长度通过增加光纤跳线进行粗调或通过光延迟线40进行细调。
31.本实施例中，从电谱仪上可以看到100mhz的范围内有17个模式，可以判断出外部反馈光纤的长度大约于为16m(外部反馈环路的长度为32米)。通过调节光延迟线40，将外部反馈环路的长度微调至激光器腔长的整数倍，也就是谐振点的位置，这时可以在rf谱上看到最稳定的输出，rf峰值功率也会提高，rf线宽也会相应减小。在调节光延迟线的过程中，可以看到rf峰值功率和rf线宽会有周期型的变化趋势。rf的峰值功率在谐振点的位置最高，rf线宽在谐振点可以降低到10khz量级。
32.第一反馈环路的光功率大小通过调节第一偏振控制器51，改变进入基于光纤的偏振光束分束器60的光的偏振方向，从而改变从基于光纤的偏振光束分束器60出射的光功率以及反馈到单区量子点锁模激光器10的光功率，第二反馈环路的光功率大小通过调节第二偏振控制器52，改变进入基于光纤的偏振光束分束器60的光的偏振方向，从而改变从基于光纤的偏振光束分束器60出射的光功率以及反馈到单区量子点锁模激光器10的光功率。
33.本实施例中，通过调节第一偏振控制器51和第二偏振控制器52来控制两个反馈环路的反馈功率。因为基于光纤的偏振光束分束器60的出射光功率会随输入光偏振的不同而变化，不同偏振的入射光会引起不同的功率反馈到激光器，影响锁模性能，从而改变rf的线宽。最优的反馈功率比可以将线宽压窄到1khz量级，
34.因为反馈功率对rf线宽的优化会在一个范围内起作用，如果在调节外部反馈环路的长度时得不到10khz量级的rf线宽，可以粗略的调节下第一偏振控制器51和第二偏振控制器52，当得到10khz量级的rf线宽后，再使用第一偏振控制器51和第二偏振控制器52进行细调，即先在一定反馈功率范围下得到10khz量级的rf线宽，然后再微调反馈功率，进一步降低rf线宽到1khz量级。
35.实施例的作用与效果
36.根据本实施例所涉及的基于双环反馈改进单区量子点锁模激光器锁模性能的方法，因为单区量子点锁模激光器只有增益区，没有饱和吸收区，其锁模性能的改善无法通过增益和吸收区的参数调节进行改进，因此本发明通过外腔反馈的方法进行优化，并且外腔反馈回路中只包含几个无源器件，结构简单实用，本发明通过一种较为简便直接的技术方案来降低单区量子点锁模激光器的rf线宽，改进了单区量子点锁模激光器的锁模；因为外部反馈环路中通过偏振控制器和基于光纤的偏振光束分束器来控制反馈的功率，而不需要使用光衰减器，能够降低成本，并且偏振控制器和基于光纤的偏振光束分束器的进行结合可以连续灵活的对反馈光功率进行调节，不受光衰减器精度的影响；因为通过光耦合器将单区量子点锁模激光器与外部反馈环路连接，利用光耦合器的双向工作特点，直接连接光耦合器的两个输出端口构成了两个等长、路径相同的光反馈环路，所以，不需要额外对两个反馈环路进行长度的匹配，降低了外腔反馈的复杂性。
37.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。