Устройство подавления побочных мод лазера с распределенной обратной связью на основе волоконной брэгговской решетки Российский патент 2025 года по МПК H01S5/65 

Настоящее изобретение относится к оптической технике, а именно к устройствам фотонной квантовой связи.

Известен лазер с распределенной обратной связью (РОС) с улучшенным подавлением боковых мод [Патент US 5091916; дата приоритета 28.09.1990; МКИ: H01S-003/067 H01S-003/07, H01S-003/08, H01S-005/00, H01S-005/026, H01S-005/0625, H01S-005/12, H01S-005/125, H01S-005/14]. Данное устройство обеспечивает подавление боковых мод со значительно уменьшенными колебаниями коэффициента подавления боковых мод во время настройки лазера. Технический результат достигается за счет внесения в структуру лазера распределенного брэгговского отражателя путем включения по меньшей мере одного отражающего элемента, который демонстрирует асимметричную характеристику отражения в зависимости от длины волны в диапазоне длин волн, достаточно широком, чтобы включать в себя, по меньшей мере две продольные моды лазера. В этом устройстве подавление побочных мод реализуется внутри лазерного модуля, вследствие чего нет возможности при необходимости изменить характеристики устройства подавления побочных мод. Эта особенность может негативно сказаться при применении подобных методов подавления побочных мод РОС-лазера внутри системы квантового распределения ключа (КРК).

Предлагаемое изобретение предназначено для спектральной фильтрации основной оптической моды от побочных оптических мод РОС-лазера, используемого в системах КРК, и, соответственно, увеличения коэффициента подавления побочных мод (КППМ). При работе РОС-лазера в импульсном режиме со штатным КППМ (без устройства подавления побочных мод) для задач синхронизации модулей отправителя и получателя систем квантового распределения ключей (КРК) ввиду уширения импульсы раздваиваются, что приводит к ложным срабатываниям и негативно сказывается на качестве синхронизации. Задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является подавление побочных мод РОС-лазера, что позволяет избежать ложных срабатываний и повысить качество синхронизации модулей.

Поставленная задача решается следующим образом.

Устройство подавления побочных мод лазера с распределенной обратной связью, содержащее волоконный трехпортовый циркулятор, первый порт которого подключен к выходу лазера с распределенной обратной связью, при этом второй порт циркулятора подключен ко входу высокодобротного волоконного оптического фильтра, содержащего волоконную брэгговскую решетку (ВБР), плату управления и питания, выход оптического фильтра подключен к фотодетектору, а третий порт циркулятора подключен к оптическому выходу устройства.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Поскольку при работе РОС-лазера в импульсном режиме со штатным КППМ импульсы уширяются, необходимо реализовать спектральную фильтрацию основной оптической моды от побочных оптических мод РОС-лазера посредством внесения в схему спектрального фильтра.

В качестве спектрального фильтра предлагается использовать высокодобротный волоконный оптический фильтр, включающий в себя ВБР, плату питания ВБР и плату управления ВБР. При этом ВБР подобрана таким образом, чтобы излучение основной оптической моды отражалось от ВБР и далее проходило на выход устройства подавления побочных мод РОС-лазера, а излучение побочных мод проходило через ВБР, а затем поступало на фотодиод, измеряющий величину оптической мощности в спектре пропускания ВБР.

Таким образом, поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в спектральной фильтрации основной оптической моды от побочных оптических мод РОС-лазера посредством внесения в схему волоконной брэгговской решетки.

Для достижения технического результата была предложена представленная на Фигуре принципиальная схема устройства подавления побочных мод на основе волоконной брэгговской решетки, где приняты следующие обозначения:

1 - устройство подавления побочных мод на основе волоконной брэгговской решетки,

2 - лазер с распределенной обратной связью,

3 - циркулятор,

4 - высокодобротный волоконный оптический фильтр, содержащий ВБР, плату управления и питания,

5 - фотодиод, измеряющий величину оптической мощности в спектре пропускания ВБР,

6 - спектр излучения лазера с распределенной обратной связью с основной и побочной оптическими модами,

7 - спектр отражения ВБР,

8 - спектр сигнала, проходящего через ВБР,

9 - спектр излучения на выходе устройства подавления побочных мод.

В упрощенном виде работа устройства (1) описывается следующим образом: излучение от РОС-лазера (2) поступает на порт I циркулятора (3). На вставке (6) показан спектр излучения РОС-лазера с основной и побочными оптическими модами. В циркуляторе излучение из порта I поступает в порт И, к которому подключен высокодобротный волоконный оптический фильтр (4), содержащий ВБР, плату управления и питания. На вставке (7) показан спектр отражения ВБР, на вставке (8) показан спектр сигнала, проходящего через ВБР. К выходу ВБР подключен фотодиод (5), измеряющий величину оптической мощности в спектре пропускания ВБР. Отраженное от ВБР излучение поступает обратно на циркулятор в порт II, после прохождения которого в циркуляторе поступает на выходной порт III. В результате чего на выходе устройства подавления побочных мод спектр излучения содержит одну основную оптическую моду, как показано на вставке (9).

Представленный подход позволяет осуществить спектральную фильтрацию основной оптической моды, увеличив коэффициент подавления побочных мод, и посредством этого избежать ложных срабатываний в процессе синхронизации и, таким образом, повысить качество синхронизации модулей отправителя и получателя систем КРК.

Изобретение относится к оптической технике, а именно к устройствам фотонной квантовой связи. Предлагаемое изобретение предназначено для спектральной фильтрации основной оптической моды от побочных оптических мод лазера с распределенной обратной связью (РОС-лазера) и, соответственно, увеличения коэффициента подавления побочных мод. Устройство подавления побочных мод лазера с распределенной обратной связью, содержащее волоконный трехпортовый циркулятор, первый порт которого подключен к выходу лазера с распределенной обратной связью, при этом второй порт циркулятора подключен ко входу высокодобротного волоконного оптического фильтра, содержащего волоконную брэгговскую решетку (ВБР), плату управления и питания, выход оптического фильтра подключен к фотодетектору, а третий порт циркулятора подключен к оптическому выходу устройства. Технический результат - подавление побочных мод РОС-лазера. 1 ил.

Устройство подавления побочных мод лазера с распределенной обратной связью, содержащее волоконный трехпортовый циркулятор, первый порт которого подключен к выходу лазера с распределенной обратной связью, при этом второй порт циркулятора подключен ко входу высокодобротного волоконного оптического фильтра, содержащего волоконную брэгговскую решетку (ВБР), плату управления и питания, выход оптического фильтра подключен к фотодетектору, а третий порт циркулятора подключен к оптическому выходу устройства.