[发明专利]一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法

说明书

本申请属于涉及光通讯技术领域，具体涉及一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，包括如下步骤：步骤1，测试或调整两个激光器在自由激射时的状态参数；步骤2，测试或调整耦合元件的传输矩阵；步骤3，建立单向注入锁定模型；步骤4，设置初始条件；步骤5，噪声相关性迭代计算；步骤6，收敛判定以及目标线宽差值是否在门限内判定。本申请以噪声相关性迭代的计算方式代替数值求解延时微分方程组，简化了计算过程，大幅降低了对计算设备性能的要求。本申请使用规定的初始状态，不采用随机数表示Langevin噪声，消除了传统方法的不确定性。

技术领域

本申请属于涉及光通讯技术领域，具体涉及一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法。

背景技术

半导体激光器被应用于众多技术领域，如光纤通信、成像、固态激光器泵浦光源等，具有高可靠性、高转化效率，以及便于集成等优点。在光纤通信中，单模激光器的线宽特性对系统有着重要影响，在过去的几十年中，产业及学术界为提高半导体激光器的噪声特性投入了大量的人力物力。

当前降低半导体激光器线宽的主要方法有三种：一是在保证激光单模特性的前提下提高激光器的输出功率，这样可以同时减少激光器的相对强度噪声(RIN)以及线宽，使用该技术可以使RIN噪声在全频谱范围内降低到﹣160dB/Hz以下，同时线宽降低到300kHz以下，然而空间烧孔效应以及热效应引入的非线性限制了激光器在高功率输出环境下的单模特性。二是采用外腔结构，采用高Q值的外腔以增加光子寿命，从而同时降低激光器的相对强度噪声与线宽，但是这种方法需要对外腔进行精确的控制以避免多模的产生。三是采用单向注入锁定技术，其原理是从激光器的线宽与主激光器相同，用窄线宽的主激光器注入锁定从激光器以降低其线宽，这种方法的前提是需要由一个窄线宽的主激光器，限制了其应用。

为降低激光器的线宽，一种拥有巨大潜力的方法是采用互注入锁定技术，该技术使用两个线宽特性较差的光源实现一个具有较好线宽特性的窄线宽光源，其光源线宽相对于两个激光器固有的线宽具有量级的改变。其结构如图1所示，两个激光器之间采用光耦合，通过控制耦合强度、耦合延时以及相位来调整激光器的输出线宽。

研究发现当两个激光器之间的耦合强度很弱时，即耦合强度小于﹣30dB时，其线宽可以降低到100Hz以下，并具有很好的稳定性。为利用好此技术，本专利对该技术可达到的线宽以及影响线宽的参数进行评估，同时本专利也可用于按照线宽指标指导该结构光源的参数设计。

研究互注入锁定噪声特性的传统方法是采用数值方法解延时微分方程，其缺点有四：

1、涉及分叉理论，其方法复杂，需要有一定的数理基础，不适合大众应用；

2、对初始状态敏感，不同初始状态往往导致不同的计算结果；

3、在仿真过程中Langevin噪声由随机数产生，增加了计算的不确定性；

4、仿真结果的精度与仿真频率范围受仿真时间与采样速率限制。

为避免上述问题，获得更多可靠的噪声信息，并有效的评估该结构的线宽特性，本专利提出了噪声相关性迭代方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，现提出一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法。

为实现上述技术效果，本申请采用的技术方案如下：

一种互注入锁定光源线宽的设计与评估方法，包括如下步骤：

步骤1，测试或调整两个激光器在自由激射时的状态参数；

步骤2，测试或调整耦合元件的传输矩阵；

步骤3，建立单向注入锁定模型；

步骤4，设置初始条件；

步骤5，噪声相关性迭代计算；