徐雨萌，王國政，彭玲玲，劉昕男，寇艷強(qiáng)，吳柯鑫

引言

光纖無線通信ROF（radio over fiber）由于具有大容量、低損耗、低成本的特點(diǎn)，使其在超寬帶無線接入技術(shù)方面具有巨大的應(yīng)用前景［1］。光纖無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一就是微波的產(chǎn)生技術(shù)，微波信號因具有很低的相位噪聲、超窄線寬、高穩(wěn)定性、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在ROF系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，是影響ROF系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著光纖激光器的快速發(fā)展［2－3］，利用雙波長輸出的光纖激光器進(jìn)行拍頻實(shí)驗(yàn)成為近期研究的熱點(diǎn)，隨著光纖光柵工藝的快速發(fā)展［4－5］，產(chǎn)生微波信號的方法可利用布拉格光纖光柵對［6］、陣列波導(dǎo)光柵［7］和可調(diào)諧的窄線寬濾波器［8］等，其中基于受激布里淵散射效應(yīng)產(chǎn)生的雙波長光纖激光器由于其具有穩(wěn)定的波長間隔，易于產(chǎn)生微波信號，成為目前研究的熱點(diǎn)［9－10］。本文設(shè)計一種結(jié)構(gòu)新穎的雙波長布里淵光纖激光器，采用超窄線寬分布反饋激光器作為抽運(yùn)源，利用未泵浦的保偏摻鉺光纖作為飽和吸收體，實(shí)現(xiàn)了不同波長的間隔輸出，從而有利于產(chǎn)生可調(diào)的微波信號。

1 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)與工作原理

雙波長布里淵光纖激光器的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，腔中用一段長度為10km的普通單模光纖與一個2×2的3dB耦合器同側(cè)端口1和2連接，組成一個布里淵增益環(huán)。環(huán)行器1的端口1作為布里淵抽運(yùn)光（BP）輸入端，經(jīng)過環(huán)行器1的端口2和3dB耦合器的端口3進(jìn)入布里淵增益環(huán)，環(huán)行器1的端口3作為輸出端，連接光譜分析儀（OSA）進(jìn)行觀測。

圖1 雙波長布里淵光纖激光器結(jié)構(gòu)Fig.1 Configuration of dual－wavelength Brillouin fiber laser

布里淵抽運(yùn)光（BP）通過環(huán)行器的端口2進(jìn)入3dB耦合器（端口3），BP被分為相同的兩部分分別從耦合器的端口2和端口4出射，從端口4出射的光進(jìn)入環(huán)行器2并通過一段5m長未泵浦的保偏摻鉺光纖返回布里淵增益腔，從端口2出射的光逆時針進(jìn)入10km長單模光纖，在單模光纖中產(chǎn)生與BP方向相反的斯托克斯光，反向傳輸?shù)乃雇锌怂构饨?jīng)耦合器的端口1和端口3被分為相同的兩部分，從耦合器端口1出射的光會再次進(jìn)入10km長單模光纖同樣會產(chǎn)生反向傳輸?shù)乃雇锌怂构?，產(chǎn)生的斯托克斯光分為相同的兩部分分別從端口2和端口4輸出，從端口2進(jìn)入布里淵增益環(huán)的光會重復(fù)抽運(yùn)光的過程，從端口4輸出的光會經(jīng)過環(huán)行器2和5m長未泵浦保偏摻鉺光纖返回，并且一部分從環(huán)行器1的端口3輸出，經(jīng)端口3出射的光都成為輸出光，而光源和偶數(shù)階斯托克斯光會經(jīng)過環(huán)行器2和5m長未泵浦的保偏摻鉺光纖吸收，這樣能量會減少很大一部分，從圖2我們可以看出，抽運(yùn)光被5m長未泵浦保偏摻鉺光纖吸收了大部分能量，第2階斯托克斯光的能量全部被吸收，我們通過調(diào)節(jié)偏振控制器（PC）使其剛好有第1階和第3階斯托克斯光輸出，可獲得間隔雙倍輸出的雙波長布里淵光纖激光器。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過調(diào)節(jié)PC使剛好有第3階斯托克斯光輸出，由于抽運(yùn)光和第2階斯托克斯光的大部分能量被5m長未泵浦保偏摻鉺光纖所吸收，從而實(shí)現(xiàn)由第1階和第3階斯托克斯光所組成的雙波長布里淵光纖激光器，輸出光譜如圖2所示，采用光譜分析儀（AQ6370C）觀測到第1階斯托克斯光輸出波長為1 550.212nm，第3階斯托克斯光的輸出波長為1 550.382nm，波長間隔為0.170nm，信噪比大于65dB。

圖2 保偏光纖長為5m時雙波長布里淵光纖激光器的輸出光譜圖Fig.2 Output spectrum of dual－wavelength Brillouin fiber laser with PM fiber of 5 m length

在30min時間內(nèi)每隔5min記錄一次雙波長布里淵光纖激光器的輸出光譜圖，如圖3所示。從圖中可以看出，在30min測量時間內(nèi)，雙波長布里淵光纖激光器的輸出十分穩(wěn)定，沒有較大幅度的變化。整個系統(tǒng)由于工作狀態(tài)穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用性能。

圖3 保偏光纖為5m時雙波長布里淵光纖激光器的輸出穩(wěn)定性Fig.3 Stability of dual－wavelength Brillouin fiber laser with PM fiber of 5 m length

本文所有器件均為保偏器件，并可通過調(diào)節(jié)偏振控制器使輸出的雙波長信號保持一致的偏振態(tài)輸出和盡量相同的信號強(qiáng)度，如圖4所示，把輸出的第1階和第3階斯托克斯光信號通過光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即可獲得穩(wěn)定的微波信號輸出，從而可應(yīng)用到ROF系統(tǒng)中。

圖4 保偏光纖為5m時不同時刻輸出雙波長的功率變化情況Fig.4 Variation of power along time with PM fiber of 5 m length

圖5 保偏光纖為3m時雙波長布里淵光纖激光器的輸出光譜圖Fig.5 Output spectrem of dual－wavelength Brillouin fiber laser with PM fiber of 3 m length

圖6 保偏光纖為3m時雙波長布里淵光纖激光器的輸出穩(wěn)定性Fig.6 Stability of dual－wavelength Brillouin fiber laser output with PM fiber of 3 m length

3 結(jié)論

對實(shí)驗(yàn)作進(jìn)一步分析，改變未泵浦保偏摻鉺光纖的長度，從而未泵浦保偏摻鉺光纖對信號光和偶數(shù)階斯托克斯光的吸收作用會相應(yīng)地有所變化，當(dāng)使用3m長未泵浦的保偏摻鉺光纖作為飽和吸收體時，未泵浦的摻鉺光纖對信號光的能量吸收得以減少，從而實(shí)現(xiàn)由信號光和第一階斯托克斯光組成的雙波長輸出，波長間隔為0.085nm實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，雙波長輸出的穩(wěn)定性如圖6所示。

本文設(shè)計并實(shí)驗(yàn)了一種利用飽和吸收體對抽運(yùn)光和第2階斯托克斯光的吸收作用，實(shí)現(xiàn)由抽運(yùn)光和第2階斯托克斯光組成的雙波長布里淵光纖激光器，通過調(diào)節(jié)PC實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長激光輸出。實(shí)驗(yàn)選擇3m長未泵浦的保偏摻鉺光纖，使其對抽運(yùn)光的能量吸收更少，通過調(diào)節(jié)PC，從而實(shí)現(xiàn)由抽運(yùn)光和第1階斯托克斯光所組成的雙波長布里淵光纖激光器，綜上所述，通過改變保偏摻鉺光纖的長度，可實(shí)現(xiàn)間隔可調(diào)的雙波長光纖激光器，有利于產(chǎn)生可調(diào)的微波信號輸出。

［1］ Liu B，Xin X J，Zhang L J，et al.A WDM－OFDMPON architecture with centralized lightwave and Pol－SK－modulated multicast overlay［J］.Optics Express，2010，18（3）：2137－2143.

［2］ Wang Xiaopeng.Optical fibre laser［J］.Journal of Applied Optics，1994，15（1）：38－41.

王小鵬.光纖激光器［J］.應(yīng)用光學(xué)，1994，15（1）：38－41.

［3］ Zhu Zongjiu，Zhou Meng.Experiment study on multiwavelength Ytterbium－doped fiber laser［J］.Opto－E－lectronic Engineering，2007，34（7）：59－62.

朱宗玖，周孟.多波長摻鐿光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究［J］.光電工程，2007，34（7）：59－62.

［4］ Yang Jianliang，Huang Dexiu，Guo Zhaonan.Manufacturing and application of optical fiber Bragg grating［J］.Journal of Applied Optics，1997，18（2）：43－46.

楊建良，黃德修，郭照南.光纖布拉格光柵的制作和應(yīng)用［J］.應(yīng)用光學(xué)，1997，18（2）：43－46.

［5］ Zha Kaide，Wang Xiangyang.Optical fiber Bragg manufacturing and application［J］.Journal of Applied Optics，1996，17（6）：17－26.

查開德，王向陽.光纖布喇格光柵的制作和應(yīng)用［J］.應(yīng)用光學(xué)，1996，17（6）：17－26.

［6］ Wiberg A，Pérez－Millán P，AndréS M V，et al.Mi－crowave－photonic frequency multiplication utilizing optical four－wave mixing and fiber Bragg gratings［J］.Journal of Lightwave Technoilogy，2006，24（1）：329－334.

［7］ Ahmad H，Latif A A，Taib J M，et al.Tunable，low frequency microwave generation from AWG based closely－spaced dual－wavelength single－longitudinalmode fibre laser［J］.Europ.Opt.Soc.Rap.Public，2013，8：13038－1－13038－5.

［8］ Feng Suchun，Lu Shaohua，Peng Wanjing，et al.Photonic generation of microwave signal using a dualwavelength erbium－doped fiber ring laser with CMFBG filter and saturable absorber［J］.Optics ＆Laser Technology，2013，45：32－36.

［9］ Liu Jinmei，Zhan Li，Xiao Pingping，et al.Generation of step－tunable microwave signal using a multiwavelength Brillouin fiber laser［J］.IEEE，2013，25（3）：220－223.

［10］ Gross M C，Callahan P T，Clark T R，et al.Tunable millimeter－wave frequency synthesis up to 100 GHz by dual－wavelength Brillouin fiber laser［J］.Optics Express，2010，18（13）：13321－13330.