基于XPM的光任意波形合成器的研究

摘要

光任意波形合成器（OAWG）可以产生高速率、超宽带的光脉冲，无论是脉冲形状、时延、宽度还是脉冲的重复频率都可以灵活改变。在诸多领域有着广泛的应用前景，可以应用于量子力学过程的相干控制，阿秒脉冲的产生，通信系统中各种复杂码型的合成和不同码型的变换，超宽带射频信号处理等。
　　本文设计了两种基于交叉相位调制（XPM）的光任意波形合成器。针对以往的光任意波形合成器的结构，本文的主要创新点为：利用波导阵列光栅（AWG）进行频谱分离，利用XPM效应，通过改变控制光功率来改变每根谱线的幅度和相位，进而合成所需的任意波形光脉冲。当控制光功率动态变化时，就能实现合成波形的动态变化。在此结构中，对不同谱线的调节相互独立，操作简单灵活。基于波导结构的AWG损耗小，稳定性好，易于集成。而且，XPM效应具有超快的响应速度（<10fs），可以实现合成波形的超快变换。
　　本文主要工作包括以下内容：
　　提出了一种基于XPM的OAWG结构，输入的光学频率梳通过AWG进行谱线分离，根据XPM效应的原理，通过改变控制光功率来改变每根谱线的幅度和相位，进而合成所需的光脉冲。由于XPM效应超快的响应速度，控制光功率快速变化时，合成的波形可以快速的动态转换。通过仿真合成了静态和动态波形，并对影响该OAWG系统性能的因素进行了分析。
　　针对所需控制光相对较高、结构相对复杂的问题，提出了一种基于非线性环形谐振腔（NRR）的OAWG结构。光学频率梳通过AWG分离。在NRR中，根据XPM的原理，通过改变控制光的功率可以改变信号光的相位。因此，利用两个可调衰减器（VOA）阵列就能够调节各个谱线的幅度和相位。通过仿真验证了NRR的相位调节作用，通过实验和仿真合成了几种不同波形。
　　针对光学频率梳的谱线数目较少的缺点，利用飞秒激光器的输出光谱作为光学频率梳，进行了基于XPM的OAWG实验，实现了对40根谱线的调节，验证了不同谱线之间的独立调节，互不影响，合成了具有高精细度的不同形状光脉冲。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1光任意波形合成器概述

1.2光任意波形合成器的研究现状和应用

1.3 XPM效应的研究现状和应用

1.4本论文的主要工作和各章节安排

1.5本文的主要创新点

第二章 基于频域脉冲整形的OAWG的相关理论

2.1基于频域脉冲整形的OAWG原理

2.2光学频率梳的产生

2.3 XPM效应的基本原理

2.4本章小结

第三章 基于XPM的OAWG的设计

3.1基于XPM的OAWG系统结构和基本原理

3.2仿真结果及分析

3.3基于XPM的OAWG的性能分析

3.4本章小结

第四章 基于非线性环形谐振腔的OAWG

4.1基于NRR的OAWG系统结构和基本原理

4.2仿真结果及分析

4.3实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 基于飞秒激光光梳和XPM的OAWG的实验研究

5.1实验结构和参数选择

5.2实验结果与分析

5.3本章小结

第六章 工作总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢