一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置及方法

摘要

本发明公开了光子学技术领域的一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置及方法，包括：连续光源、电吸收调制器、射频信号源、电功分器、耦合运算电路和电放大器；所述射频信号源输出正弦电信号经过电功分器输入到耦合运算电路中，产生偶数次方的射频耦合信号经电放大器后，驱动所述电吸收调制器，对连续光源输出的连续光的强度和相位进行调制；产生的光学频率梳具有梳线数目多、功率平坦度较高、覆盖光谱范围宽且梳线频率间隔可调谐等特点。

说明书

技术领域

本发明属于光子学技术领域，具体涉及一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置及方法。

背景技术

光学频率梳(简称光梳)是DWDM系统（密集型光波复用系统）中的一种新型理想载波，是指在频谱上由一系列均匀间隔的离散频率分量组成的光谱，具有梳线间光功率近似相等、频率间隔相等和梳线数目多等特点，广泛应用于光学任意波形产生、微波光子信号处理、精密光学测量和密集波分复用等领域。

目前的光梳生成方式主要有:锁模激光器法、非线性光纤法、微环谐振腔法、光电振荡器法、外调制器法等。锁模激光器法的装置简单，但梳线功率平坦度较差，载波数目不易控制且需要的锁模条件严苛不易被满足。非线性光纤法可以产生较多梳线，但梳线的功率平坦度和数目不易控制。微环谐振腔法产生的光梳拥有较大带宽，但梳线功率平坦度不高且谱线间距调谐过程不易控制。光电振荡器法虽不需额外的射频源，但方案系统所用器件较多、装置复杂。外调制器法产生OFC是通过射频(RF)信号驱动调制器来产生梳线，具有输出频谱稳定、梳线间频率间隔可调、结构简单、操作灵活等优势。外调制器法常用的调制器有偏振调制器(PolM)、相位调制器(PM)、马赫-曾德尔调制器(MZM)、强度调制器(IM)、频率调制器(FM)等。

具体地，基于外调制器产生光梳的方法主要有：利用RF对PolM进行驱动，将输入激光调制成梳状光谱，再经过偏振分束器适当补偿光功率较低的分离光边带，产生光梳；利用单个RF驱动MZM，对单波长输入光进行调制，通过调节射频信号的相位和直流偏压优化功率平坦度，产生光梳；利用两个不同频率的RF叠加产生多频驱动信号，再驱动单个IM，产生光梳；利用EAM和PM的级联作用，在单个RF驱动下，对输入激光进行调制，产生光学频率梳等。

然而，在目前已有的基于外调制器法产生光学频率梳的方案中，利用单个RF或多个RF叠加后驱动单个外调制器，产生的梳线数目较少或成本较高。利用级联调制器的方法又增加了系统的成本和复杂度。因此如何简化光学频率梳产生装置，产生梳线数目多、频谱范围宽、梳线功率平坦度高、频率间隔可调谐的高质量OFC是目前的研究重点。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置及方法，产生的光学频率梳具有梳线数目多、功率平坦度较高、覆盖光谱范围宽且梳线频率间隔可调谐等特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置，包括：连续光源、电吸收调制器、射频信号源、电功分器、耦合运算电路和电放大器；所述射频信号源输出正弦电信号经过电功分器输入到耦合运算电路中，产生偶数次方的射频耦合信号经电放大器后，驱动所述电吸收调制器，对连续光源输出的连续光的强度和相位进行调制。

进一步地，所述耦合运算电路包括平方电路和电乘法器。

进一步地，所述连续光源为连续激光器，所述射频信号源为连续射频信号发生器。

进一步地，所述电吸收调制器包括量子限制斯塔克效应电吸收调制器或者多量子阱电吸收调制器。

一种宽带可调谐的光学频率梳产生方法，包括：设置射频信号源的频率和幅度，射频信号源发出的正弦电信号经过电功分器和耦合运算电路产生偶数次方的射频耦合信号；射频耦合信号经电放大器后对电吸收调制器进行驱动控制；连续光源输出单波长连续光至电吸收调制器中，在射频耦合信号的驱动下，输入光发生强度和相位的调制，产生频率间隔为2倍于射频信号源频率的平坦光学频率梳。

进一步地，所述连续光源为连续激光器，所述射频信号源为连续射频信号发生器。

进一步地，所述电吸收调制器包括量子限制斯塔克效应电吸收调制器或者多量子阱电吸收调制器。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明通过利用RF经过平方电路和电乘法器组成的运算电路后，产生的偶数次方射频耦合信号驱动电吸收调制器，实现对输入光的强度和相位的调制，产生平坦梳线；利用低频的RF经过耦合运算电路产生偶数次方的多频驱动信号，可用来替代利用高成本的多个高频射频源来产生多频驱动信号的方法，降低了OFC生成装置的成本，通过改变RF的频率可以实现梳线间隔可调谐，产生光梳的梳线间隔是RF输出频率的2倍，有效拓展了光学频率梳的频谱带宽；

(2)本发明的装置结构简单，易实现，产生的光梳数目较多、功率平坦度较高、梳线频率间隔可调谐且频谱覆盖范围宽，可在大容量和高速率的光通信系统中应用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中10次方耦合运算电路的示意图；

图3是本发明实施例中RF输出频率为7.5GHz情况下10次方射频耦合信号的频谱图；

图4是本发明实施例中在10次方的射频耦合信号驱动下，电吸收调制器输出的频率间隔为15GHz的光学频率梳频谱图；

图5是本发明实施例中在10次方的射频耦合信号驱动下，电吸收调制器输出的频率间隔为20GHz的光学频率梳频谱图；

图中：1.射频信号源；2.电功分器；3.耦合运算电路；4.电放大器；5.连续光源；6.电吸收调制器；7.光谱仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，一种宽带可调谐的光学频率梳产生装置，包括射频信号源1、电功分器2、耦合运算电路3、电放大器4、连续光源5、电吸收调制器6、光谱仪7；射频信号源1输出正弦电信号经电功分器2输入到由平方电路和电乘法器组成的耦合运算电路3中，产生偶数次方的射频耦合信号。射频耦合信号经电放大器4传输至电吸收调制器6，由于受到偶数次方的射频耦合信号的驱动，电吸收调制器6对输入光的强度和相位进行调制，可以在光谱仪7观察到更多的频率分量，得到功率平坦度高、梳线数目多、频率间隔可调谐的光学频率梳。射频信号源1为连续射频信号发生器；连续光源5为连续激光器；电吸收调制器6为量子限制斯塔克效应电吸收调制器(QCSE-EAM)或多量子阱电吸收调制器(MQW-EAM)。

初步设置连续激光器输出的激光中心频率为193.1THz、线宽为10MHz、光功率为0dBm；RF输出振幅为2V、频率为7.5GHz的正弦电信号；电放大器4的增益系数为1；电吸收调制器6的调制系数为0.99，啁啾因子为16。

利用耦合运算电路3对射频信号源1输出的信号进行10次方的乘法耦合，射频信号源1输出正弦电信号经过电功分器分为上下支路，上支路信号经过3个平方电路产生8次方的射频信号，下支路经过1个平方电路产生2次方的射频信号，上下支路经电乘法器进行乘法耦合产生10次方的射频耦合信号，10次方耦合运算电路如图2所示。产生10次方的射频耦合信号在电域上的具有多个频率分量，如图3所示，特别地，图3表示的是RF输出频率为7.5GHz时10次方的射频耦合信号频谱图。连续光源5输出的连续光注入到电吸收调制器6中，电吸收调制器6在经过10次方的射频耦合信号的驱动下，产生梳线数目为55、频率间隔为15GHz、频谱带宽为810GHz、功率平坦度为8.4dB的光学频率梳，如图4所示。通过增大RF输出频率至10GHz，电吸收调制器6产生梳线数目为55、频率间隔为20GHz、频谱带宽为1080GHz、功率平坦度为8.4dB的光学频率梳，如图5所示。

综上所述，本实施例利用RF经过平方电路和电乘法器组成的运算电路后，产生的偶数次方射频耦合信号驱动电吸收调制器，实现对输入光的强度和相位的调制，产生平坦梳线；利用低频的RF经过耦合运算电路产生偶数次方的多频驱动信号，可用来替代利用高成本的多个高频射频源来产生多频驱动信号的方法，降低了OFC生成装置的成本，通过改变RF的频率可以实现梳线间隔可调谐，产生光梳的梳线间隔是RF输出频率的2倍，有效拓展了光学频率梳的频谱带宽；本实施例装置结构简单，易实现，产生的光梳数目较多、功率平坦度较高、梳线频率间隔可调谐且频谱覆盖范围宽，可在大容量和高速率的光通信系统中应用。

实施例二：

基于实施例一所述的宽带可调谐的光学频率梳产生装置，本实施例提供一种宽带可调谐的光学频率梳产生方法，包括如下步骤：

一、设置射频信号源1的频率和幅度，射频信号源发出的正弦电信号经过电功分器2和耦合运算电路3产生偶数次方的射频耦合信号；

二、射频耦合信号经电放大器4后对电吸收调制器6进行驱动控制；

三、连续光源输5出单波长连续光至电吸收调制器6中，在射频耦合信号的驱动下，输入光发生强度和相位的调制，产生频率间隔为2倍于射频信号源频率的平坦光学频率梳。

驱动电吸收调制器6产生平坦光学频率梳的驱动信号可为10次方的射频耦合信号，根据三角函数的降幂公式，射频耦合信号可以等效表示成5个振幅不等、频率分别为2

电吸收调制器6的调制指数和啁啾因子与电吸收调制器6的调制电压

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。