本发明涉及一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统和方法，系统包括：激光器、放大器、光纤耦合器、第一光偏振控制器、电光调制器、第二光偏振控制器、第一光纤环形器、布拉格光栅、单模光纤、第三光偏振控制器，第二光纤环形器、第四光偏振控制器、检偏器以及偏振态分析仪。本发明利用受激布里渊偏振态谱发散效应，通过改变检偏器的检偏方向来选择峰值波长，实现对受激布里渊散射增益光谱频谱压缩、峰值增益选频、双峰分离增益谱等光谱调制功能。
1.一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统，其特征在于，包括：激光器（1）、放大器（2）、光纤耦合器（3）、第一光偏振控制器（4）、电光调制器（5）、第二光偏振控制器（6）、第一光纤环形器（7）、布拉格光栅（8）、单模光纤（9）、第三光偏振控制器（10），第二光纤环形器（11）、第四光偏振控制器（12）、检偏器（13）以及偏振态分析仪（14）；所述激光器（1）通过放大器（2）连接光纤耦合器（3），所述光纤耦合器（3）分为两路：一路通过第一光偏振控制器（4）连接电光调制器（5），所述电光调制器（5）依次连接第二光偏振控制器（6）、第一光纤环形器（7）和布拉格光栅（8）；另一路通过第三光偏振控制器（10）连接第二光纤环形器（11），在第一光纤环形器（7）和第二光纤环形器（11）之间设置有单模光纤（9），所述第二光纤环形器（11）依次连接第四光偏振控制器（12）、检偏器（13）以及偏振态分析仪（14）。
2.一种基于权利要求1所述的调制系统的受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，包括如下步骤：所述激光器（1）产生激光通过放大器（2）将光信号放大；放大后的光信号通过光纤耦合器（3）按1:1分成两路光，一路光作为信号光通过第一光偏振控制器（4）进入电光调制器（5）被频率为 的射频信号RF调制，产生上下边带信号 ，其中 为SBS中心频偏；所述第二光偏振控制器（6）对电光调制器（5）的输出信号进行调节，使得频率 处的分量最小， 处的分量最大；信号光经过第二光偏振控制器（6）和第一光纤环形器（7）进入布拉格光栅（8）；布拉格光栅（8）滤出了信号光中的 的分量，反射回来信号光的 分量再次经由第一光纤环形器（7）进入单模光纤（9）；由光纤耦合器（3）输出的另一路光信号作为泵浦光经过第三光偏振控制器（10）后，经由第二光纤环形器（11），从单模光纤（9）的另一端进入单模光纤（9）；所述单模光纤（9）作为受激布里渊散射，SBS作用的非线性介质，泵浦光与信号光在单模光纤（9）中相向传输，在受激布里渊散射的作用下，产生的斯托克斯信号光由第二光纤环形器（11）的输出端输出；输出信号光经过第四光偏振控制器（12）调节偏振态后，通过检偏器（13）进行输出检偏，通过调节检偏方向实现对SBS增益谱的调制；最后，输出信号光的SBS增益谱以及偏振态通过偏振态分析仪（14）进行检测。
3.如权利要求2所述的基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，所述信号光沿单模光纤（9）传播时，SBS增益谱中不同频谱分量的信号光的偏振态演进方向不同，导致在第二光纤环形器（11）输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱对称发散；所以，通过在输出端接入检偏器（13），实现对SBS增益谱的调制。
4.如权利要求2所述的基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，所述第二光纤环形器（11）输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与泵浦光功率有关，泵浦光功率越大，SBS偏振态谱发散越大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应越强。
5.如权利要求2所述的基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，所述第二光纤环形器（11）输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与单模光纤（9）长度有关，单模光纤（9）越长，SBS偏振态谱发散越大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应越强。
6.如权利要求2所述的基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，所述第二光纤环形器（11）输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与输入信号光偏振态有关；
当输出端的信号光输出偏振态与最大增益输出偏振态一致或正交时，无SBS偏振态谱发散效应，不能实现SBS增益谱的调制；当输出端的信号光输出偏振态与最大增益点输出偏振态矢量夹角在150°时，SBS偏振态谱发散最大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应最强。
7.如权利要求2所述的基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，其特征在于，输出检偏对SBS增益谱的调制效应由检偏器（13）的检偏方向决定，通过调节检偏器（13）的检偏方向实现不同SBS增益谱形状。
一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光纤通信和非线性光学领域，具体涉及一种基于受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering，SBS)增益光谱的调制系统和方法。
背景技术
[0002] SBS光谱滤波效应在微波光子滤波、高分辨率光谱检测等领域展现出巨大的应用前景。在这些应用中，SBS增益谱宽、增益谱形状成为决定滤波性能、光谱检测分辨率的决定因素。现有的研究中SBS增益光谱主要由光纤的SBS本征增益谱线宽和泵浦光谱宽度决定。因此当泵浦光和光纤确定后，SBS效应的增益谱也随之确定。一般而言，现有的单模光纤SBS增益谱宽为二十几兆赫兹。
发明内容
[0003] 本发明针现有SBS光谱形状不能调节的问题，提出了一种在光纤和泵浦光确定的条件下，基于SBS增益光谱的调制系统和方法，通过该调制方法，可实现SBS增益光谱的压缩、增益峰值在增益谱内的选频、以及增益谱陷波等特殊SBS增益光谱的实现。
[0004] 本发明基于SBS偏振态谱对称发散效应，提出只需在原有的SBS光子滤波系统或SBS光谱检测系统的信号输出端串接偏振检测装置，选择峰值波长，即可实现对SBS增益光谱的频谱压缩，实现更高分辨率的光谱检测和微波光子滤波功能。此外也可实现增益峰值选择、双峰分离增益谱等光谱调制功能。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0006] 一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统，包括：激光器、放大器、光纤耦合器、第一光偏振控制器、电光调制器、第二光偏振控制器、第一光纤环形器、布拉格光栅、单模光纤、第三光偏振控制器，第二光纤环形器、第四光偏振控制器、检偏器以及偏振态分析仪；所述激光器通过放大器连接光纤耦合器，所述光纤耦合器分为两路：一路通过第一光偏振控制器连接电光调制器，所述电光调制器依次连接第二光偏振控制器、第一光纤环形器和布拉格光栅；另一路通过第三光偏振控制器连接第二光纤环形器，在第一光纤环形器和第二光纤环形器之间设置有单模光纤，所述第二光纤环形器依次连接第四光偏振控制器、检偏器以及偏振态分析仪。
[0007] 一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，包括如下步骤：所述激光器产生激光通过放大器将光信号放大；放大后的光信号通过光纤耦合器按1:1分成两路光，一路光作为信号光通过第一光偏振控制器进入电光调制器被频率为νRF的射频信号RF调制，产生上下边带信号ν±νRF，其中ν为SBS中心频偏；所述第二光偏振控制器对电光调制器的输出信号进行调节，使得频率ν处的分量最小，ν±νRF处的分量最大；信号光经过第二光偏振控制器和第一光纤环形器进入布拉格光栅；布拉格光栅滤出了信号光中的ν+νRF的分量，反射回来信号光的ν-νRF分量再次经由第一光纤环形器进入单模光纤；由光纤耦合器输出的另一路光信号作为泵浦光经过第三光偏振控制器后，经由第二光纤环形器，从单模光纤的另一端进入单模光纤；所述单模光纤作为受激布里渊散射，SBS作用的非线性介质，泵浦光与信号光在单模光纤中相向传输，在受激布里渊散射的作用下，产生的斯托克斯信号光由第二光纤环形器的输出端输出；输出信号光经过第四光偏振控制器调节偏振态后，通过检偏器进行输出检偏，通过调节检偏方向实现对SBS增益谱的调制；最后，输出信号光的SBS增益谱以及偏振态通过偏振态分析仪进行检测。
[0008] 所述信号光沿单模光纤传播时，SBS增益谱中不同频谱分量的信号光的偏振态演进方向不同，导致在第二光纤环形器输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱对称发散；所以，通过在输出端接入检偏器，实现对SBS增益谱的调制。
[0009] 所述第二光纤环形器输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与泵浦光功率有关，泵浦光功率越大，SBS偏振态谱发散越大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应越强。
[0010] 所述第二光纤环形器输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与单模光纤长度有关，单模光纤越长，SBS偏振态谱发散越大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应越强。
[0011] 所述第二光纤环形器输出端的斯托克斯信号光SBS偏振态谱发散与输入信号光偏振态有关；当输出端的信号光输出偏振态与最大增益输出偏振态一致或正交时，无SBS偏振态谱发散效应，不能实现SBS增益谱的调制；当输出端的信号光输出偏振态与最大增益点输出偏振态矢量夹角在150°左右时，SBS偏振态谱发散最大，输出检偏对SBS增益谱的调制效应最强。
[0012] 输出检偏对SBS增益谱的调制效应由检偏器的检偏方向决定，通过调节检偏器的检偏方向实现不同SBS增益谱形状。
[0013] 本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
[0014] (1)本发明的调制系统是一种新型滤波器系统，通过简单的调节检偏器检偏方向即可实现对SBS增益谱的调制。通过设定特定的检偏方向实现SBS增益谱的压缩、及陷波等光谱特性。(2)本发明的SBS增益谱压缩是基于任意光纤与泵浦光谱改善之后增益谱的压缩方法。采用本发明方法，可以使任意窄的SBS增益谱压缩3dB以上。
附图说明
[0015] 图1是本发明基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统的示意图。
[0016] 图2是SBS发散谱和检偏点。
[0017] 图3是不同检偏方向下的输出信号光功率谱示意图。
[0018] 图4是归一化不同检偏方向下的输出信号光功率谱示意图。
[0019] 图5是图3中光谱压缩后的SBS示意图。
[0020] 图6是图3中中心波长处实现陷波示意图。
[0021] 图7是不同泵浦光功率下的SBS偏振态谱发散效应示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施例来进一步描述本发明。
[0023] 参见图1，一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制系统，包括：激光器1、放大器2、光纤耦合器3、第一光偏振控制器4、电光调制器5、第二光偏振控制器6、第一光纤环形器
7、布拉格光栅8、单模光纤9、第三光偏振控制器10，第二光纤环形器11、第四光偏振控制器
12、检偏器13以及偏振态分析仪14；所述激光器1通过放大器2连接光纤耦合器3，所述光纤耦合器3分为两路：一路通过第一光偏振控制器4连接电光调制器5，所述电光调制器5依次连接第二光偏振控制器6、第一光纤环形器7和布拉格光栅8；另一路通过第三光偏振控制器
10连接第二光纤环形器11，在第一光纤环形器7和第二光纤环形器11之间设置有单模光纤
9，所述第二光纤环形器11依次连接第四光偏振控制器12、检偏器13以及偏振态分析仪14。
[0024] 一种基于受激布里渊散射增益光谱的调制方法，包括如下步骤：由激光器1发出的波长为1553.12nm的激光，通过放大器2将光信号放大；放大后的光信号通过光纤耦合器3按1:1分成两路光，一路光作为信号光通过第一光偏振控制器4进入电光调制器5被频率为νRF的射频信号RF调制，产生上下边带信号ν±νRF，其中ν为SBS中心频偏；所述第二光偏振控制器6对电光调制器5的输出信号进行调节，使得频率ν处的分量最小，ν±νRF处的分量最大；信号光经过第二光偏振控制器6和第一光纤环形器7进入布拉格光栅8；布拉格光栅8滤出了信号光中的ν+νRF的分量，反射回来信号光的ν-νRF分量再次经由第一光纤环形器7进入单模光纤9；由光纤耦合器3输出的另一路光信号作为泵浦光经过第三光偏振控制器10后，经由第二光纤环形器11，从单模光纤9的另一端进入单模光纤9；所述单模光纤9作为受激布里渊散射，SBS作用的非线性介质，泵浦光与信号光在单模光纤9中相向传输，在受激布里渊散射的作用下，产生的斯托克斯信号光由第二光纤环形器11的输出端输出；输出信号光经过第四光偏振控制器12调节偏振态后，通过检偏器13进行输出检偏，通过调节检偏方向实现对SBS增益谱的调制；最后，输出信号光的SBS增益谱以及偏振态通过偏振态分析仪14进行检测。
[0025] 参见图2，在无检偏器13时，由偏振态分析仪14检测到的SBS偏振态谱发散曲线。对应的SBS增益谱参看图3中标记为0的曲线。加入检偏器13并旋转检偏方向，由偏振态分析仪14检测到的SBS增益谱参见图3，归一化SBS增益谱参见图4。
[0026] 参看图5，检偏方向为L60时，SBS增益谱宽由原先的31.125MHz压缩至16.625MHz。
[0027] 参看图6，检偏方向为R90时，SBS增益谱在中心波长处呈现陷波，陷波带宽为8.725MHz。
[0028] 参看图7，实验光纤为200m单模光纤。实验给出了泵浦光功率分别为32mw、63mw、95mw、126mw、158mw、190mw，信号光功率为0.5mw时的SBS偏振态谱发散曲线。泵浦光功率越大，SBS偏振态谱发散越大，SBS增益谱调制强度越大，SBS偏振检偏谱压缩越强。
