基于ＳＢＳ技术的长寿命宽带光脉冲存储器制造技术

本发明专利技术是一种基于ＳＢＳ技术的长寿命宽带光脉冲存储器，属于非线性光学领域。该系统利用三个输出波长近１５５０ｎｍ窄带连续ＤＦＢ激光器分别产生读、写和数据脉冲，并用硫系化合物玻璃光纤作为存储介质。数据脉冲在光纤中与写脉冲相遇，通过受激布里渊散射过程，数据脉冲的能量基本被抽空，并以声波的形式存储在光纤中。人为控制一定时间后，一个读脉冲从与写脉冲相同的方向上被输入到光纤中，读脉冲与声波相互作用后把声波还原成包含信息内容的数据脉冲。读脉冲和写脉冲分别用不同的激光器控制，并使用噪声源对激光器进行调制，从而对读、写脉冲的增益和吸收谱进行控制和裁剪，以实现长寿命宽带光存储和获得高的读出效率的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在非线性光学介质中的光存储系统，具体为一种基于SBS(受激 布里渊散射)技术的长寿命宽带光脉冲存储器，属于非线性光学领域。
技术介绍
在文献Zhaoming Zhu， Daniel J. Gauthier， Robert W. Boyd. Stored Light in anOptical Fiber via Stimulated Brillouin Scattering. Science. 2007，318 :1748-1750 中介绍了一种光存储系统，该系统由两台输出波长近1550nm窄带连续DFB (Distributed feedback)激光器分别用于产生读、写和数据脉冲，读、写脉冲由一台DFB激光器产生，数 据脉冲由另一台DFB(分布反馈)激光器产生，存储介质是非线性单模光纤。读、写脉冲与 数据脉冲的布里渊频移是9. 6GHz。读、写脉冲和数据脉冲是用MZM调制器(Mach-Zehnder modulators,马赫-曾德尔)分别调制两台窄带连续DFB激光器后产生的，MZM调制器是用 脉冲发生器(pulse pattern generator)进行控制的。经过MZM调制产生的读、写脉冲和 数据脉冲分别用三台掺铒光纤放大器(Erbium-doped fiber amplifiers)增加峰值功率。 读、写脉冲经过光学隔离器(optical isolators)和光纤偏振控制器(fiber polarization controllers)后由3-dB耦合器(3_dB coupler)进入5米长的非线性单模光纤。数据脉冲 同样经过光学隔离器和光纤偏振控制器后经由另一个3-dB耦合器从另一端进入非线性单 模光纤。整个存储过程是在数据脉冲通过光纤的同时，写脉冲在与数据脉冲相反方向通过 光纤，在非线性单模光纤中相遇，通过受激布里渊散射过程，全部数据脉冲的能量基本上被 抽空，并以声波的形式存储在光纤中，声波中包含了数据脉冲的信息内容。随后，一个读脉 冲在与写脉冲相同的方向上通过光纤，与声波相遇，相遇时间是可以人为控制的，它也是存 储时间，它抽空了声波，使数据脉冲被从光纤中释放并恢复，沿着与原来数据脉冲相同的方 向传播。 此技术的问题和不足是 1.可调谐存储时间范围小(寿命短)。在上述的报道中，对于给定宽度的光脉冲， 随着存储时间的增长，数据脉冲的读出效率减小。对于2ns (FWHM，半高宽)的数据脉冲，在 存储时间是4ns时，数据脉冲的读出效率是29X。在读出效率不为零的范围内，可调谐存储 时间是8ns，大约是4个脉冲宽度。这还没有考虑读出效率很低时，脉冲畸变，无法识别和无 法应用等因素。 2.存储器可存储的数据脉冲的传输速率受到限制。在上述系统中尽管可以通过使用超短脉冲等方法，增加字节的存储数量，但是毕竟在实际应用中，脉冲的持续时间是有要求的，不能无限短，所以对能够存储的字节数量提出了限制。除此之外，在SBS过程中，自然布里渊增益线宽是几十MHz，所以在上述的存储方案中，这样窄的带宽的光存储器会限制数据传输速率到几十Mb/s，与现有通讯系统几十Gb/s数据传输速率相差甚远。 3.读出效率低，所需读、写脉冲的峰值功率太大。在这种光存储中，数据脉冲的峰值功率是10mW时，所需的读、写脉冲的峰值功率是100W。数据脉冲没有被完全存储与释放，主要原因是， 一方面可能是因为写脉冲的谱宽没有足够大于数据脉冲谱的结果，另一方面， 光纤的布里渊增益系数太小。还有，对于声子来说，光纤结构不是非常合理，导致声波有大 的衍射损耗，使数据脉冲具有高的读出效率和高的数据保真度需要很高的峰值功率，这也 不利于实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了现有光存储系统的上述不足，提出了一种基于SBS技术的长寿命宽带光脉冲存储器，该存储系统实现了宽带光存储和获得了高的读出效率。 本专利技术的基本思想如下 读写脉冲是在执行两个不同的任务，写脉冲的任务是完全抽空数据脉冲，使更多 的数据脉冲以声波的形式存在于光纤中，而读脉冲的任务是尽可能的把所有声波都恢复成 数据脉冲。如果用相同的脉冲执行不同的任务，必然会影响到读出效率的提高与改善，脉 冲畸变难以有效控制，进而会影响到存储器的寿命。在本专利技术中读写脉冲分别用不同的激 光器控制，并用噪声源对激光器进行调制，从而对读、写脉冲的增益和吸收谱进行控制和裁 剪，使得读、写脉冲能够更好的履行自己的职责。并用硫系化合物玻璃光纤取代传统的单 模光纤作为非线性光学介质，因为硫系化合物玻璃光纤具有长的声子寿命和大的布里渊增 益，从而可以保证整个存储系统实现长寿命宽带光存储和降低读、写脉冲的峰值功率。 本专利技术的技术方案如下包括第一 DFB激光器2、第一光隔离器3、第一 MZM4、第一 掺铒光纤放大器5、第一光纤偏振控制器6、3dB耦合器7、第二光纤偏振控制器8、第二掺铒 光纤放大器9、第二 MZM11、第二光隔离器13、第二 DFB激光器14、光循环器16、可调谐光衰 减器17、光探测器18、示波器19、硫系化合物玻璃光纤20、第三MZM21、第三光隔离器23和 第三DFB激光器24。其中 写脉冲由第一 DFB激光器2产生，第一 DFB激光器2输出的写脉冲通过第一光隔 离器3后在第一 MZM4中再对其波形和频率进行调制，然后再依次经过第一掺铒光纤放大器 5 、第一光纤偏振控制器6放大、偏振控制后由 一个3dB耦合器7耦合进光循环器16 ，光循环 器16连接着硫系化合物玻璃光纤20 ; 数据脉冲是由窄带第三DFB激光器24产生的连续激光，该激光先通过第三光隔离 器23后再通过第三MZM调制器21后进入硫系化合物玻璃光纤20，数据脉冲在硫系化合物 玻璃光纤20中与从相反方向通过硫系化合物玻璃光纤20的写脉冲相遇，转化成声波形式 完成存储； 读脉冲由第二 DFB激光器14产生，经过第二光隔离器13后用第二MZMll进行调 制，然后再依次经过第二掺铒光纤放大器9、第二光纤偏振控制器8放大、偏振控制后由3dB 耦合器7的另一端耦合进光循环器16，读脉冲从与写脉冲相同的方向上进入硫系化合物玻 璃光纤20与所述声波作用读出信号；光循环器16又依次与可调谐衰减器17、光探测器18 和示波器19相连，对存储后的信号进行检测； 所述的第一 DFB激光器2、第二 DFB激光器14和第三DFB激光器24输出的波长均 为近1550nm。 本专利技术采用三个输出波长近1550nm窄带连续DFB激光器分别用于产生读、写和数 据脉冲，读、写脉冲与数据脉冲的布里渊频移是通过温度控制实现的。读、写脉冲的两个宽带谱源是通过用任意波形发生器产生的高斯噪声源直接调制单模DFB激光器的注入电流取得的。注入电流的变化引起了激光增益介质折射率的变化，因此引起了激光频率的变化，频率的变化与电流的调制振幅成正比。这样产生的激光功率谱近似为高斯型。谱的带宽是通过改变噪声源的电压来调节。读、写两路宽谱光经过MZM调制器调制后经3dB耦合器耦合进入硫系化合物玻璃光纤(存储介质)的，用脉冲发生器控制MZM调制器产生激光脉冲。通过控制调制器的调制信号波形可以控制增益和吸收谱线型，通过控制调制信号的频率控制读、写脉冲到达存储介质的时间。数据脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＳＢＳ技术的长寿命宽带光脉冲存储器，其特征在于：包括第一ＤＦＢ激光器（２）、第一光隔离器（３）、第一ＭＺＭ（４）、第一掺铒光纤放大器（５）、第一光纤偏振控制器（６）、３ｄＢ耦合器（７）、第二光纤偏振控制器（８）、第二掺铒光纤放大器（９）、第二ＭＺＭ（１１）、第二光隔离器（１３）、第二ＤＦＢ激光器（１４）、光循环器（１６）、可调谐光衰减器（１７）、光探测器（１８）、示波器（１９）、硫系化合物玻璃光纤（２０）、第三ＭＺＭ（２１）、第三光隔离器（２３）和第三ＤＦＢ激光器（２４）；其中：写脉冲由第一ＤＦＢ激光器（２）产生，第一ＤＦＢ激光器（２）输出的写脉冲通过第一光隔离器（３）后在第一ＭＺＭ（４）中再对其波形和频率进行调制，然后再依次经过第一掺铒光纤放大器（５）、第一光纤偏振控制器（６）放大、偏振控制后由一个３ｄＢ耦合器（７）耦合进光循环器（１６），光循环器（１６）连接着硫系化合物玻璃光纤（２０）；数据脉冲是由窄带第三ＤＦＢ激光器（２４）产生的连续激光，该激光先通过第三光隔离器（２３）后再通过第三ＭＺＭ调制器（２１）后进入硫系化合物玻璃光纤（２０），数据脉冲在硫系化合物玻璃光纤（２０）中与从相反方向通过硫系化合物玻璃光纤（２０）的写脉冲相遇，转化成声波形式完成存储；读脉冲由第二ＤＦＢ激光器（１４）产生，经过第二光隔离器（１３）后用第二ＭＺＭ（１１）进行调制，然后再依次经过第二掺铒光纤放大器（９）、第二光纤偏振控制器（８）放大、偏振控制后由３ｄＢ耦合器（７）的另一端耦合进光循环器（１６），读脉冲从与写脉冲相同的方向上进入硫系化合物玻璃光纤（２０）与所述声波作用读出信号；光循环器（１６）又依次与可调谐衰减器（１７）、光探测器（１８）和示波器（１９）相连，对存储后的信号进行检测；所述的第一ＤＦＢ激光器（２）、第二ＤＦＢ激光器（１４）和第三ＤＦＢ激光器（２４）均为可调谐激光器，输出的波长均为１５５０ｎｍ。...

【技术特征摘要】
基于SBS技术的长寿命宽带光脉冲存储器，其特征在于包括第一DFB激光器(2)、第一光隔离器(3)、第一MZM(4)、第一掺铒光纤放大器(5)、第一光纤偏振控制器(6)、3dB耦合器(7)、第二光纤偏振控制器(8)、第二掺铒光纤放大器(9)、第二MZM(11)、第二光隔离器(13)、第二DFB激光器(14)、光循环器(16)、可调谐光衰减器(1 7)、光探测器(18)、示波器(19)、硫系化合物玻璃光纤(20)、第三MZM(21)、第三光隔离器(23)和第三DFB激光器(24)；其中写脉冲由第一DFB激光器(2)产生，第一DFB激光器(2)输出的写脉冲通过第一光隔离器(3)后在第一MZM(4)中再对其波形和频率进行调制，然后再依次经过第一掺铒光纤放大器(5)、第一光纤偏振控制器(6)放大、偏振控制后由一个3dB耦合器(7)耦合进光循环器(1 6)，光循环器(16)连接着硫系化合物玻璃光纤(20)；数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁迎春，鲍磊，司军，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]