基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置的制作方法
本實用新型涉及光域信號處理技術，具體是基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置。
背景技術：
光波屬于橫電磁波，偏振特性是其固有屬性之一。光纖通信技術中，光波偏振特性制約著部分光子器件的性能，促使各種新型偏振相關功能光域信號處理光子器件的迅速發展。因此，光波偏振演化及其操控是光纖領域的熱門技術。無論是偏振相關問題的解決還是偏振相關效應的應用，關鍵是如何實施對光波偏振取向的操控。實際光纖波導總會存在材料或者結構的微觀缺陷，光波偏振取向在光纖中的演化具有隨機特征，致使光纖中光波偏振取向的操控極為困難。最簡便的光波偏振操控無源光學器件是偏振片：調整偏振片的透光取向，可以輸出任意角度的線偏振光波。該器件的缺陷在于偏振片輸出的光波振幅與光波輸入偏振取向密切相關。傳統的有源光波偏振操控方法基于有源光電子器件融合復雜反饋算法，如粒子群尋優算法，模擬退火尋優算法、遺傳算法等，這些算法在實際應用中顯示出效率和優勢，但在高速和超高速系統中受到電子器件響應速度瓶頸的限制。
光纖三階非線性光學效應響應時間極短，且非線性增益具有偏振相關性，因此，基于光纖三階非線性偏振相關增益可對入射光波實施光域偏振鎖定。傳統上，光域偏振鎖定設計方案包含“同向結構”和“反向結構”。“同向結構”中泵浦光波和信號光波在光纖中同向傳輸，偏振鎖定效率高、響應速度快，適用于高速光信號的光域偏振鎖定；然而，“同向結構”存在的嚴重問題是：由于泵浦光波偏振取向在光纖中隨機演化，使信號光波的輸出偏振具有隨機性和不可預知性，且無法有效實施對其輸出偏振取向的調節。“反向結構”中泵浦光波和信號光波在光纖中反向傳輸，其優點是信號光波的輸出偏振取向由泵浦光波的輸入偏振取向鎖定和調節。“反向結構”的缺陷在于：響應速度慢，一般響應速度僅為微秒量級；泵浦光波功率高，需要8W或8W以上才能使信號光波偏振度大于0.9，實用性低。
技術實現要素：
本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供一種基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置。
這種裝置的優點是響應速度快、操作方便、實用性好。
這種光域偏振鎖定方法設有二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施分布式、反向非線性放大，不僅增加了信號光波的偏振相關非線性增益和降低了非線性泵浦光波的功率要求，同時也使信號光波的輸出偏振取易于調節。
實現本實用新型目的的技術方案是：
基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置，包括順序連接的光學擾偏器、光學放大器、第一波分復用器、低雙折射光纖、第二波分復用器和光學濾波器，設有第一泵浦源通過第一偏振控制器與第一波分復用器連接，設有第二泵浦源通過第二偏振控制器與第二波分復用器連接。
第一波分復用器對偏振控制后的第一泵浦源和擾偏后的信號光波實施合束，前向注入低雙折射光纖；第二波分復用器將偏振控制后的第二泵浦源后向注入低雙折射光纖，并輸出光域偏振鎖定的信號光波。
所述光學放大器的工作波段涵蓋C+L波段。
所述低雙折射光纖為C+L波段單模光纖，低雙折射光纖的偏振模色散系數不大于0.05ps/。
所述第一泵浦源為一階非線性泵浦源，第一泵浦源經第一偏振控制器產生具有確定偏振取向的前向傳輸非線性泵浦光波，前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中與信號光波的傳輸方向相同。
所述第二泵浦源為二階非線性泵浦源，第二泵浦源經第二偏振控制器產生具有確定偏振取向的后向傳輸非線性泵浦光波，后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中與信號光波、第一泵浦源產生的一階非線性泵浦光波傳輸方向相反。
所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對輸入信號光波實施偏振相關受激拉曼散射放大時，前向傳輸非線性泵浦光波頻率等于信號光波頻率和低雙折射光纖的拉曼頻移之和。
所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對輸入信號光波實施偏振相關參量放大時，前向傳輸非線性泵浦光波的波長與低雙折射光纖的零色散波長之差的絕對值小于10nm。
所述后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖中對前向傳輸非線性泵浦光波實施偏振相關受激拉曼散射放大，后向傳輸非線性泵浦光波頻率等于前向傳輸非線性泵浦光波頻率和低雙折射光纖的拉曼頻移之和。
基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定方法，包括所述基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置，具體步驟如下：
（1）輸入信號光波的擾偏與放大：將信號光波輸入光學擾偏器，使得擾偏后信號光波的偏振度小于0.10,再將擾偏后的信號光波輸入光學放大器，通過光學放大器對注入低雙折射光纖的信號光波功率實施控制；
（2）一階非線性泵浦光波的偏振取向控制：第一泵浦源輸出的一階非線性泵浦光波輸入第一偏振控制器，通過第一偏振控制器對一階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制；
（3）信號光波的偏振相關非線性放大：將擾偏、放大后的信號光波和具有確定偏振取向的一階非線性泵浦光波共同輸入第一波分復用器，再由第一波分復用器合束并輸入低雙折射光纖，在低雙折射光纖中，一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關非線性放大；
（4）二階非線性泵浦光波的偏振取向控制：將第二泵浦源輸出的二階非線性泵浦光波輸入第二偏振控制器，通過第二偏振控制器對二階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制；
（5）一階非線性泵浦光波的非線性放大：通過第二波分復用器將具有確定偏振取向的二階非線性泵浦光波反向輸入低雙折射光纖，在低雙折射光纖中，二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施非線性放大和非線性偏振鎖定；
（6）獲取偏振鎖定的信號光波：光學濾波器濾除第二波分復用器耦合輸出的殘余前向傳輸一階非線性泵浦光波和其余光學噪聲，獲取偏振鎖定的信號光波。
步驟（3）中，當一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關受激拉曼散射放大時，所述第一泵浦源輸出的一階非線性泵浦光波的最大功率不大于3.5W，所述第二泵浦源輸出的二階非線性泵浦光波的最大功率不大于3.5W，所述第一波分復用器的工作波段為14XXnm/15XXnm，所述第二波分復用器的工作波段為13XXnm/15XXnm。
步驟（3）中，當一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關參量放大時，所述第一泵浦源輸出的一階非線性泵浦光波的最大功率小于1W，所述第二泵浦源輸出的二階非線性泵浦光波的最大功率不大于3.5W，所述第一波分復用器的工作波長為1550±50nm，所述第二波分復用器的工作波段為14XXnm/15XXnm。
信號光波的輸出偏振取向由第二偏振控制器鎖定和調節。
這種光域偏振鎖定裝置設有兩階非線性泵浦光波，其中：一階非線性泵浦光波與信號光波同向傳輸，并對信號光波實施高效的非線性偏振鎖定；二階非線性泵浦光波與一階非線性泵浦光波反向傳輸，并對一階非線性泵浦光波實施非線性偏振鎖定。
這種裝置的優點是響應速度快、操作方便、實用性好。
這種光域偏振鎖定方法設有二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施分布式、反向非線性放大，不僅增加了信號光波的偏振相關非線性增益和降低了非線性泵浦光波的功率要求，同時也使信號光波的輸出偏振取易于調節。
附圖說明
圖1為實施例中裝置的結構示意圖；
圖2為實施例的方法流程示意圖。
圖中，1.光學擾偏器 2.光學放大器 3.第一波分復用器 4.低雙折射光纖 5.第二波分復用器 6.光學濾波器 7.第一偏振控制器 8.第一泵浦源 9.第二偏振控制器 10.第二泵浦源。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型內容作進一步闡述，但不是對本實用新型的限定。
實施例：
參照圖1，基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置，包括順序連接的光學擾偏器1、光學放大器2、第一波分復用器3、低雙折射光纖4、第二波分復用器5和光學濾波器6，設有第一泵浦源8通過第一偏振控制器7與第一波分復用器3連接，設有第二泵浦源10通過第二偏振控制器9與第二波分復用器5連接。
第一波分復用器3對偏振控制后的第一泵浦源8和擾偏后的信號光波實施合束，前向注入低雙折射光纖4；第二波分復用器5將偏振控制后的第二泵浦源10后向注入低雙折射光纖4，并輸出光域偏振鎖定的信號光波。
所述光學放大器2的工作波段涵蓋C+L波段。
所述低雙折射光纖4為C+L波段單模光纖，低雙折射光纖4偏振模色散系數不大于0.05ps/。
所述第一泵浦源8為一階非線性泵浦源，第一泵浦源8經第一偏振控制器7產生具有確定偏振取向的前向傳輸非線性泵浦光波，前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中與信號光波的傳輸方向相同。
所述第二泵浦源10為二階非線性泵浦源，第二泵浦源10經第二偏振控制器9產生具有確定偏振取向的后向傳輸非線性泵浦光波，后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中與信號光波、第一泵浦源8產生的一階非線性泵浦光波傳輸方向相反。
所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中對輸入信號光波實施偏振相關受激拉曼散射放大時，前向傳輸非線性泵浦光波頻率等于信號光波頻率和低雙折射光纖4的拉曼頻移之和。
所述前向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中對輸入信號光波實施偏振相關參量放大時，前向傳輸非線性泵浦光波的波長與低雙折射光纖4的零色散波長之差的絕對值小于10nm。
所述后向傳輸非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中對前向傳輸非線性泵浦光波實施偏振相關受激拉曼散射放大，后向傳輸非線性泵浦光波頻率等于前向傳輸非線性泵浦光波頻率和低雙折射光纖4的拉曼頻移之和。
參照圖2，基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定方法，包括所述基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置，具體步驟如下：
（1）輸入信號光波的擾偏與放大：將信號光波輸入光學擾偏器，使得擾偏后信號光波的偏振度小于0.10,再將擾偏后的信號光波輸入光學放大器，通過光學放大器對注入低雙折射光纖的信號光波功率實施控制；
（2）一階非線性泵浦光波的偏振取向控制：第一泵浦源輸出的一階非線性泵浦光波輸入第一偏振控制器，通過第一偏振控制器對一階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制；
（3）信號光波的偏振相關非線性放大：將擾偏、放大后的信號光波和具有確定偏振取向的一階非線性泵浦光波共同輸入第一波分復用器，再由第一波分復用器合束并輸入低雙折射光纖，在低雙折射光纖中，一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關非線性放大；
（4）二階非線性泵浦光波的偏振取向控制：將第二泵浦源輸出的二階非線性泵浦光波輸入第二偏振控制器，通過第二偏振控制器對二階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制；
（5）一階非線性泵浦光波的非線性放大：通過第二波分復用器將具有確定偏振取向的二階非線性泵浦光波反向輸入低雙折射光纖，在低雙折射光纖中，二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施非線性放大和非線性偏振鎖定；
（6）獲取偏振鎖定的信號光波：光學濾波器濾除第二波分復用器耦合輸出的殘余前向傳輸一階非線性泵浦光波和其余光學噪聲，獲取偏振鎖定的信號光波。
本例中：
一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關受激拉曼散射放大；
所述信號光波的輸出偏振取向由第二偏振控制器9鎖定和調節。
輸入信號光波波長位于C波段，具體為1550nm，其輸入功率為-10dBm；
光學擾偏器1的中心工作波長為1550nm，輸出偏振度小于5%；
光學放大器2的工作波段涵蓋C波段，其飽和輸出功率為25dBm，噪聲系數3.3-5.8dB；
第一波分復用器3的工作波段為1455nm/1550nm，第二波分復用器5工作波段為1365nm/1550nm；
低雙折射光纖4在C+L波段為單模運行，其拉曼頻移為13.2THz,拉曼增益系數為0.76/W/km，偏振模色散系數為0.02ps.km-1/2，光纖長度為3.25km；
第一泵浦源8輸出的一階非線性泵浦光波波長為1451nm，功率大小為3.5W；
第二泵浦源10輸出的二階非線性泵浦光波波長為1364nm，功率大小為3.5W；
第二泵浦源10輸出的二階非線性泵浦光波的偏振斯托克斯矢量具體為（0,1,0）。
具體過程為：
（1）輸入信號光波的擾偏與放大：將頻率為υs的信號光波輸入光學擾偏器1，使得擾偏后信號光波的偏振度小于0.05，以降低偏振鎖定信號光波的功率起伏，提高偏振鎖定信號光波的光學信噪比；接著，將擾偏后信號光波輸入光學放大器2，通過所述光學放大器2對信號光波的功率實施控制，使信號光波與一階非線性泵浦光波在拉曼頻移ΔυB =13.2THz的低雙折射光纖4中的受激拉曼散射效應充分進行，進而獲得最大的信號光波偏振度。
（2）一階非線性泵浦光波的偏振取向控制：第一泵浦源8輸出的頻率為υB1的一階非線性泵浦光波輸入第一偏振控制器7，通過所述第一偏振控制器7對一階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制，以獲得最大的信號光波偏振度輸出；
一階非線性泵浦光波的頻率υB1與信號光波的頻率υs、低雙折射光纖4的拉曼頻移ΔυB滿足：υB1 = υs + ΔυB。
（3）信號光波的偏振相關非線性放大:由第一波分復用器3對擾偏、放大后的信號光波和具有確定偏振取向的一階非線性泵浦光波實施合束并輸入低雙折射光纖4；在所述低雙折射光纖4中，一階非線性泵浦光波對信號光波實施偏振相關受激拉曼散射放大，使光纖中信號光波的偏振演化由一階非線性泵浦光波的偏振取向鎖定。
（4）二階非線性泵浦光波的偏振取向控制:將第二泵浦源10輸出的頻率為υB2的二階非線性泵浦光波輸入第二偏振控制器9，通過所述第二偏振控制器9對二階非線性泵浦光波的偏振取向實施控制；
二階非線性泵浦光波的頻率υB2與一階非線性泵浦光波的頻率υB1、低雙折射光纖4的拉曼頻移ΔυB滿足：υB2 = υB1 + ΔυB。
（5）一階非線性泵浦光波的非線性放大:由第二波分復用器5將具有確定偏振取向的二階非線性泵浦光波反向輸入低雙折射光纖4；在所述低雙折射光纖4中，二階非線性泵浦光波對一階非線性泵浦光波實施偏振相關受激拉曼散射放大，使一階非線性泵浦光波的偏振態由二階非線性泵浦光波的偏振取向鎖定，并進而使信號光波的偏振態由二階非線性泵浦光波的偏振取向鎖定。
（6）獲取偏振鎖定的信號光波：光學濾波器6濾除所述第二波分復用器5耦合輸出的殘余一階非線性泵浦光波和其余光學噪聲，獲取偏振鎖定的信號光波；信號光波的輸出偏振取向調節由第二偏振控制器9實施完成。
經光學濾波器輸出的信號光波的輸出偏振度大于0.9；
基于光纖非線性增益偏振相關性的光域偏振鎖定裝置信號光波的偏振鎖定帶寬大于6THz；
作為二階非線性泵浦光波的第二泵浦源10對一階非線性泵浦光波實施分布式受激拉曼散射放大，使一階非線性泵浦光波在低雙折射光纖4中保持較高功率傳輸，增加了一階非線性泵浦光波對信號光波的偏振相關拉曼增益，有效降低了一階非線性泵浦光波的輸入功率要求，提高了偏振鎖定效率。
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