一种光隔离器光路系统技术方案

本发明专利技术涉及光隔离器技术领域，尤其涉及一种光隔离器光路系统，本发明专利技术利用光参量放大的相位匹配条件来实现光的非互易性传输，即利用正向传输信号光满足相位匹配条件，而反向传输的信号光无法满足相位匹配。由于二氧化硅的反演对称性，使得微腔中光参量放大是由四波混频通过三阶非线性效应来实现的，在这一过程中，两个简并的泵浦光子分裂为一个信号光子和一个闲频光子，该过程必须满足能量守恒和动量守恒。正是由于上述的动量守恒也就是我们常说的相位匹配条件，才实现了光的互易性传输，而当正向传输的信号光满足相位匹配条件时，向相反方向传输的光的波矢相反，根本无法满足动量守恒，正是基于该效应，本发明专利技术实现了光隔离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光隔离器
，尤其涉及一种光隔离器光路系统。
技术介绍
光隔离器是一种允许光向一个方向传输而阻止其向相反方向传输(非互易性)的一种光学器件。其在光通信与精密光学测量系统中有着极其重要的作用，例如：光隔离器可以减小光通信系统中多路信道之间的相互干扰；防止反射光损坏激光器的灵敏部件；影响光路系统的稳定性。光隔离是通过打破光路系统的时间反演对称来实现的。传统的光隔离是通过磁光晶体的法拉第效应来实现的，但是大部分材料中的磁光效应是很弱的，需要较大的尺寸和较强的磁场，不利于集成到芯片或者微纳结构中，在光子芯片、量子通信与计算机的发展趋势下，这类光隔离的应用大大受限。回音壁模式光学微腔是一种重要的微纳光子器件，在低阈值激光器、腔光力学和生物传感等方面有着广泛的应用。特别地，在集成光学领域，由于中红外光学和非线性光学存在巨大的潜在应用价值，因此为了在芯片或者更小尺寸的结构上利用磁光材料实现光隔离，人们提出将磁光材料集成到微腔中的方法，包括沉积、晶片键合、粘合等。不可否认,随着微纳米加工技术的引入，确实可以用此方法制备出微纳光隔离器，但是这种方法仍旧采用的是磁光效应，其无法避免外磁场与其附近光场的相互作用，对于精密光学测量系统，这是需要避免的。为了克服磁光效应的限制，就需要选择其它物理原理来实现光的非互易性传输。有报道利用PT对称的波导、拉曼放大、受激布里渊散射和kerr效应等非线性特性来实现光的非互易性传输。但是利用上述非线性效应实现的非互易性都只是在当光单方向正向传输或者反向传输时证实，无法证实当光同时正向或者反向传输时的光的非互易性，短板较为明显，其商用价值一般。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用光参量放大原理来实现的光隔离器光路系统，解决了现有技术中当光同时向相反方向传输时无法实现光隔离这一实际问题，同时也避免了传统磁光效应对于光路的限制。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种光隔离器光路系统，包括信号光传输和泵浦光传输，其中信号光经第一衰减器后与第一耦合器的输入口连接，信号光一部分由第一耦合器的一个输出口输出与第一功率计连接，信号光另一部分由第一耦合器的另一个输出口输出后经第二耦合器分成正向信号光和反向信号光，其中：正向信号光由第二耦合器的一个输出口输出后经第三衰减器和第三偏振控制器后与第四耦合器的一个输入口连接，所述第四耦合器的输出口与第二光环行器的第一端口连接，正向光信号由所述第二光环行器的第二端口进入光路耦合系统的第一端口，正向光信号一部分由所述光路耦合系统的第三端口耦合输出，另一部分由所述光路耦合系统的第二端口平行输出；其中，由光路耦合系统的第三端口耦合输出的该部分正向光信号由第一光环行器的第二端口输入，然后由所述第一光环行器的第三端口输出与第五耦合器的输入端口连接，所述第五耦合器的一个输出端口与光谱仪连接，另一个输出端口与第六耦合器的输入端口连接，所述第六耦合器的一个输出端口经第一滤波器后与第一光电探测器相连，所述第六耦合器的另一个输出端口与第二光电探测器连接；由光路耦合系统的第二端口输出的该部分正向光信号经光开关后与第七耦合器的输入端口连接，所述第七耦合器的一个输出端口经第三滤波器后与第四光电探测器连接；反向信号光由所述第二耦合器的另一个输出口输出后经第四衰减器和第二偏振控制器后与所述第一光环行器的第一端口连接，然后反向光信号由第一光环行器的第二端口进入光路耦合系统的第三端口，反向信号光一部分由光路耦合系统的第一端口耦合输出，另一部分由光路耦合系统的第四端口平行输出；其中，由光路耦合系统的第一端口耦合输出的该部分反向信号光由所述第二光环行器的第二端口输入，然后由所述第二光环行器的第三端口输出，所述第二光环形器的第三端口经第二滤波器后与第三光电探测器连接；由光路耦合系统的第四端口平行输出的该部分反向信号光与第六光电探测器连接；泵浦光经第二衰减器和第一偏振控制器后与第三耦合器的输入端口连接，第三耦合器的一个输出端口与第二功率计连接，另一个输出端口与所述第四耦合器的另一个输入端口连接，泵浦光经所述第四耦合器后与正向信号光以相同的路径进入光路耦合系统的第一端口，泵浦光由光路耦合系统的第二端口输出，然后经过所述光开关后与所述第七耦合器的输入端口连接，然后经所述第七耦合器的另一个输出端口与第五探测器连接；所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器和第六光电探测器均与示波器连接。作为优选，所述光路耦合系统包括光学微腔和两根与所述光学微腔耦合的光纤锥。作为优选，所述光学微腔为二氧化硅微环芯腔。本专利技术的有益效果：本专利技术所搭建的光隔离器光路系统是利用光参量放大的相位匹配条件来实现光的非互易性传输，即利用正向传输信号光满足相位匹配条件，而反向传输的信号光无法满足相位匹配。由于二氧化硅的反演对称性，使得微腔中光参量放大是由四波混频通过三阶非线性效应来实现的，在这一过程中，两个简并的泵浦光子分裂为一个信号光子和一个闲频光子，该过程必须满足能量守恒和动量守恒。正是由于上述的动量守恒也就是我们常说的相位匹配条件，才实现了光的互易性传输，而当正向传输的信号光满足相位匹配条件时，向相反方向传输的光的波矢相反，根本无法满足动量守恒，正是基于该效应，本专利技术实现了光隔离。附图说明图1是本专利技术所述的光隔离器光路系统的结构示意图；图2是本专利技术所述的光路耦合系统的结构示意图；图3是本专利技术所述的由四波混频引起的参量放大光谱图；图4是本专利技术所述的在泵浦功率关闭的情况下正反向信号光的透射谱；图5是本专利技术所述的在泵浦功率打开的情况下正反向信号光的透射谱。图中：1-信号光源；2-第一衰减器；3-第一耦合器；4-第一功率计；5-第二耦合器；6-第三衰减器；7-第三偏振控制器；8-第四耦合器；9-第二光环行器；10-光路耦合系统；11-第一光环行器；12-第五耦合器；13-光谱仪；14-第六耦合器；15-第一滤波器；16-第一光电探测器；17-第二光电探测器；18第七耦合器；19-第三滤波器；20-第四光电探测器；21-第四衰减器；22-第二偏振控制器；23-第二滤波器；24-第三光电探测器；25-第六光电探测器；26-泵浦光源；27-第二衰减器；28-第一偏振控制器；29-第三耦合器；30-第二功率计；31-第五光电探测器；32-示波器；101-光学微腔；102光纤锥。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示，本专利技术提供一种光隔离器光路系统，包括信号光传输和泵浦光传输，其中信号光由信号光源1发出后再经第一衰减器2后与第一耦合器3的输入口连接，信号光一部分由第一耦合器3的一个输出口输出与第一功率计4连接，信号光另一部分由第一耦合器3的另一个输出口输出后经第二耦合器5分成正向信号光和反向信号光，其中：正向信号光由第二耦合器5的一个输出口输出后经第三衰减器6和第三偏振控制器7后与第四耦合器8的一个输入口连接，所述第四耦合器8的输出口与第二光环行器9的第一端口连接，正向光信号由所述第二光环行器9的第二端口进入光路耦合系统10的第一端口，正向光信号一部分由所述光路耦合系统10的第三端口耦合输出，另一部分由所述光路耦合系统10的第二端口平行输出；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光隔离器光路系统，其特征在于，包括信号光传输和泵浦光传输，其中信号光经第一衰减器后与第一耦合器的输入口连接，信号光一部分由第一耦合器的一个输出口输出与第一功率计连接，信号光另一部分由第一耦合器的另一个输出口输出后经第二耦合器分成正向信号光和反向信号光，其中：正向信号光由第二耦合器的一个输出口输出后经第三衰减器和第三偏振控制器后与第四耦合器的一个输入口连接，所述第四耦合器的输出口与第二光环行器的第一端口连接，正向光信号由所述第二光环行器的第二端口进入光路耦合系统的第一端口，正向光信号一部分由所述光路耦合系统的第三端口耦合输出，另一部分由所述光路耦合系统的第二端口平行输出；其中，由光路耦合系统的第三端口耦合输出的该部分正向光信号由第一光环行器的第二端口输入，然后由所述第一光环行器的第三端口输出与第五耦合器的输入端口连接，所述第五耦合器的一个输出端口与光谱仪连接，另一个输出端口与第六耦合器的输入端口连接，所述第六耦合器的一个输出端口经第一滤波器后与第一光电探测器相连，所述第六耦合器的另一个输出端口与第二光电探测器连接；由光路耦合系统的第二端口输出的该部分正向光信号经光开关后与第七耦合器的输入端口连接，所述第七耦合器的一个输出端口经第三滤波器后与第四光电探测器连接；反向信号光由所述第二耦合器的另一个输出口输出后经第四衰减器和第二偏振控制器后与所述第一光环行器的第一端口连接，然后反向光信号由第一光环行器的第二端口进入光路耦合系统的第三端口，反向信号光一部分由光路耦合系统的第一端口耦合输出，另一部分由光路耦合系统的第四端口平行输出；其中，由光路耦合系统的第一端口耦合输出的该部分反向信号光由所述第二光环行器的第二端口输入，然后由所述第二光环行器的第三端口输出，所述第二光环形器的第三端口经第二滤波器后与第三光电探测器连接；由光路耦合系统的第四端口平行输出的该部分反向信号光与第六光电探测器连接；泵浦光经第二衰减器和第一偏振控制器后与第三耦合器的输入端口连接，第三耦合器的一个输出端口与第二功率计连接，另一个输出端口与所述第四耦合器的另一个输入端口连接，泵浦光经所述第四耦合器后与正向信号光以相同的路径进入光路耦合系统的第一端口，泵浦光由光路耦合系统的第二端口输出，然后经过所述光开关后与所述第七耦合器的输入端口连接，然后经所述第七耦合器的另一个输出端口与第五探测器连接；所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器和第六光电探测器均与示波器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种光隔离器光路系统，其特征在于，包括信号光传输和泵浦光传输，其中信号光经第一衰减器后与第一耦合器的输入口连接，信号光一部分由第一耦合器的一个输出口输出与第一功率计连接，信号光另一部分由第一耦合器的另一个输出口输出后经第二耦合器分成正向信号光和反向信号光，其中：正向信号光由第二耦合器的一个输出口输出后经第三衰减器和第三偏振控制器后与第四耦合器的一个输入口连接，所述第四耦合器的输出口与第二光环行器的第一端口连接，正向光信号由所述第二光环行器的第二端口进入光路耦合系统的第一端口，正向光信号一部分由所述光路耦合系统的第三端口耦合输出，另一部分由所述光路耦合系统的第二端口平行输出；其中，由光路耦合系统的第三端口耦合输出的该部分正向光信号由第一光环行器的第二端口输入，然后由所述第一光环行器的第三端口输出与第五耦合器的输入端口连接，所述第五耦合器的一个输出端口与光谱仪连接，另一个输出端口与第六耦合器的输入端口连接，所述第六耦合器的一个输出端口经第一滤波器后与第一光电探测器相连，所述第六耦合器的另一个输出端口与第二光电探测器连接；由光路耦合系统的第二端口输出的该部分正向光信号经光开关后与第七耦合器的输入端口连接，所述第七耦合器的一个输出端口经第三滤波器后与第四光电探测器连接；反向信号光由所述第二耦合器的另一个输出口输出后经第四衰减器和第二偏振控...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜校顺，肖龙甫，华士跃，肖敏，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32