CN102338965B - 一种超宽谱光梳产生的方法 - Google Patents

Abstract

一种超宽谱光梳产生的方法，涉及光通信领域，包括如下步骤：通过连续光激光器输出的光束，经过至少两个调制器调制后，得到有频率搬移的梳状波，再用放大器进行光功率放大后，再输入至高非线性光纤发生四波混频效应，最后经过波长选择开关调整光束。所述方法，实现方式较为简单，噪声系数均匀，避免噪声系数的逐步增大，频率稳定，产生的连续谱频谱宽度较宽。

Description

一种超宽谱光梳产生的方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体来讲是一种超宽谱光梳产生的方法。

背景技术

随着人们对网络带宽的需求日益增加，全球因特网业务急剧增长，因此增加骨干网传输容量是光通信领域的工程师一直追求的目标。2011年OFC(Optical Fiber Communication Conference，国际光通信会议)上，余建军小组报道了单信道速率11.2Tbit/s，并在单模光纤中传输640km，是迄今为止单信道最高速率的传输实验。追求单光源更高速率的过程中，将焦点锁定在如何产生更多的子载波，即如何得到更宽的超连续光梳。产生超宽谱光梳的方法有很多种：

第一种，采用RFS(Recirculating Frequency Shifter，循环频率偏移器)的方法产生多子载波，将带通滤波器或声光频移器置于光纤环路中，用EDFA(Erbium-doped Optical FiberAmplifier，掺铒光纤放大器)补偿环路损耗，单一频率光在该光纤环中将产生多路稳定的子载波输出。

第二种，2011年OFC会议上，V.R.Supradeepa小组报道了一种新的产生超连续谱的方案，两束连续光经过调制器后各自产生相同频率间隔的梳状波，经过放大器后得到高功率激光，利用非线性光纤的四波混频效应得到两连续光的四波混频组合，其中二级四波混频的谱宽是连续光经过调制器后谱宽的五倍左右。

第三种，在1998年，Sefler小组利用一个电光调制器实现频率搬移并利用色散频移光纤的四波混频效应实现2～3nm的频率展宽。

但是以上几种方法都有缺点，第一种利用RFS产生多子载波的方法，由于在光纤环中用到EDFA，并且是循环通过EDFA，每次噪声在EDFA都会产生累积，多次累积后产生的频率分量噪声系数逐步加大；第二种和第三种方法的实现比较复杂，展宽的谱宽不够宽，调制器使用偏置电压，从而导致频率不稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超宽谱光梳产生的方法，其噪声系数均匀，避免噪声系数的逐步增大，实现方式较为简单，频率稳定，产生的连续谱频谱宽度较宽。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种超宽谱光梳产生的方法，包括如下步骤：通过连续光激光器输出的光束，经过至少两个调制器调制后，得到有频率搬移的梳状波，再用光放大器进行光功率放大后，再输入至高非线性光纤发生四波混频效应，最后经过波长选择开关调整光束，所述至少两个调制器由同一个射频信号发生器驱动，驱动频率完全相同，所述射频信号发生器发出的信号分别被射频功率放大器放大后，进入每个调制器，且每个射频功率放大器对应一个调制器。

在上述技术方案的基础上，高非线性光纤的零色散波长与连续光激光器的中心频率波长差为0～5nm。

在上述技术方案的基础上，所述光放大器为半导体光放大器、掺饵光纤放大器、拉曼光纤放大器、光纤参量放大器中的一种。

本发明的有益效果在于：

1.由于射频信号发生器的频率稳定可控，因此经过多个调制器进行多级调制后的梳状波频率间隔是稳定的，四波混频效应产生的新频率位置由梳状波频率间隔决定，且与梳状波频率间隔相等，因此经过高非线性光纤发生四波混频效应后，频率稳定且间隔相等。

2.调制器和高非线性光纤常见且早已经批量生产，因此该方法使用的设备简单，成本较低。

3.由于本发明中信号只经过一次光放大器，噪声不会产生累积，且噪声系数均匀，避免频率分量噪声系数逐步加大。

附图说明

图1为本发明超宽谱光梳产生的方法的流程框图；

图2为连续光源经过1至3个调制器后的光谱；

图3为连续光源经过大于3个调制器后的光谱；

图4为双泵浦四波混频原理示意图；

图5为本发明产生的未经整形的超宽谱光梳。

附图标记：

连续光激光器101，调制器(1021、1022...102n)，射频信号发生器103，射频功率放大器(1041、1042...104n)，光放大器105，高非线性光纤106，波长选择开关107。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明超宽谱光梳产生的方法包括如下步骤：通过连续光激光器101输出的光束，经过至少n(n≥2)个调制器1021、1022...102n调制后，得到有频率搬移的梳状波，再用光放大器105进行光功率放大后，输入至高非线性光纤106发生四波混频效应，最后经过波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)107调整光束。其中，每个调制器由同一个射频信号发生器103驱动，且射频信号发生器103发出的信号分别被与射频功率放大器1041、1042...104n放大后，进入每个调制器，所述射频放大器1041、1042...104n与调制器1021、1022...102n一一对应。

如图1所示，本实施例中，所述调制器1021、1022...102n均为相同的相位调制器，连续光激光器101输出的光束被调制器1021、1022...102n调制得到重复频率等于调制频率的梳状波，即产生了边带，其中光束通过几个调制器，就可以看做几级调制器的调制。驱动调制器1021、1022...102n的射频信号发生器103，驱动频率完全相同，以确保经过多次调制后产生的便带频率间隔完全相等。

经过调制器1021、1022...102n调制之后的梳状波，频率分量数量有限，覆盖的频谱宽度较窄。连续光经过调制器1021后，光场可由下式表示：

E_in(t)＝E₀ exp(-jω₀t)exp[jV(t)]    (1)

式中E₀是幅度，为常数；ω₀是光频率；V(t)是相位调制函数。若相位调制函数V(t)的频率为ω，那么将上式做傅里叶变换，可得到ω₀+ω和ω₀-ω的频率成分，即实现了在频域的搬移。连续光激光器101经过强的正弦波相位调制可产生多个频率边带。

如图2所示，是中心波长1560nm的连续光激光器101经过一级调制器1021调制后的光谱，本实施例是相位调制器，包括探测光、泵浦光和闲频光，可以看到有多个新频率成分的产生。如果在第一级调制器1021后再级联调制器1022...102n，那么还可以得到更多新的频率边带。

如图3所示是经过二级相位调制器1022后产生的新的光谱图。如果级联的是强度调制器，那么可将光梳整形也可将多个相位调制器和强度调制器级联得到平坦的、多个频率成分的梳状波。

如图4是四波混频的原理图，连续光经过调制器1021、1022...102n得到约2～5nm宽的光疏后，通过发生四波混频效应可得到更宽的光谱。一个或多个光波的光子被湮灭，同时几个不同频率的新光子产生，且在此过程中能量和动量守恒，四波混频是一种非线性现象，其效率与泵浦光功率成正比。为得到高效率的四波混频，连续光经过调制器1021、1022...102n后，再用光放大器105将光功率放大。光放大器105可以是可以是半导体光放大器、掺铒光纤放大器(EDFA)、拉曼光纤放大器、光纤参量放大器中的一种，本实施例中采用EDFA。由于四波混频的产生要求严格的相位匹配，当各频率分量在光纤的零色散附近时，材料色散对相位失配的影响很小，容易满足相位匹配条件。放大后的梳状波进入高非线性光纤106，高非线性光纤106的零色散波长与连续光激光器101的中心频率波长差为0～5nm(最优选的波长差是0)，以保证四波混频的效率。由于各频率分量间隔相等，因此四波混频效率很高。下式是四波混频的相位匹配条件：

$\mathrm{\Δ\β}={\mathrm{\β}}_{\mathrm{probe}}+{\mathrm{\β}}_{\mathrm{idler}}-2{\mathrm{\β}}_{\mathrm{pump}}=-\frac{8\mathrm{\π}{f_p}^2}{c}D\left(f_p\right)(f_{\mathrm{probe}}-f_p)---\left(2\right)$

其中，Δβ为相位失配，β_probe，β_idler，β_pump分别为探测光、闲频光和泵浦光的传输常数，f_p，f_probe为泵浦光和探测光频率，D(f_p)为泵浦光的色散值。当上式等于0时，达到完全相位匹配。

实际情况下，越接近于0，四波混频的效率越高，效果越好。这就要求D(f_p)为0，也就是让四波混频发生在高非线性光纤的零色散波长点上。同时也要求高非线性光纤的色散斜率尽量小，使得色散曲线尽量平坦。从而得到更宽的超连续谱。

图5所示，是图3所示的光梳经过光放大器105，将功率放大到1W后，再进入高非线性光纤(零色散波长为1557nm)发生四波混频作用得到的光谱。图中所示的超连续谱，超过30nm。WSS107整形后，可得到功率相等的梳状波。

下面通过一个具体实施例来进一步说明本发明。

例如，所述调制器1021的频率为10GHz，假设经过2级调制器(即两个调制器1021和1022)调制之后，得到20个频率分量；那么总频宽为200GHz，相当于中心波长为1550nm的光束展宽1.6nm。经过光放大器105放大后，各频率分量功率均得到放大，再输入至高非线性光纤106，由于高非线性光纤106的零色散波长与连续光激光器101的中心波长差为0～5nm(最优选的波长差是0)，因此各频率成分之间发生高效的四波混频效应，得到等间隔的更多频率成分的梳状波。当射频功率放大器1041、1042...104n和光放大器1021、1022...102n满足条件：射频功率放大器1041、1042...104n输出射频功率达到2W，光放大器1021、1022...102n输出功率达到1W及以上时，展宽的频谱可以覆盖整个C波段的30nm以上的谱宽。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种超宽谱光梳产生的方法，其特征在于，包括如下步骤：通过连续光激光器输出的光束，经过至少两个调制器调制后，得到有频率搬移的梳状波，再用光放大器进行光功率放大后，再输入至高非线性光纤发生四波混频效应，最后经过波长选择开关调整光束，所述至少两个调制器由同一个射频信号发生器驱动，驱动频率完全相同，所述射频信号发生器发出的信号分别被射频功率放大器放大后，进入每个调制器，且每个射频功率放大器对应一个调制器。

2.如权利要求1所述超宽谱光梳产生的方法，其特征在于：高非线性光纤的零色散波长与连续光激光器的中心频率波长差为0～5nm。

3.如权利要求1所述超宽谱光梳产生的方法，其特征在于：所述光放大器为半导体光放大器、掺饵光纤放大器、拉曼光纤放大器、光纤参量放大器中的一种。

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