CN108539570A - 一种光脉冲信号的生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光脉冲信号的生成方法及装置，所述方法包括：通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；将所述高次谐频信号输入至电光调制器EOM中对主动式锁模激光器进行调节；通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。

Description

一种光脉冲信号的生成方法及装置
技术领域
本发明涉及光梳技术，尤其涉及一种高频超低噪声的高速光脉冲信号的生成方法及装置。
背景技术
近几年，高重复频率的超低噪声的光梳脉冲生成吸引了相当多人的关注。光梳是一种光谱离散的，且不同分量之间间隔相等的光源。光梳可以生成定时抖动很小的飞秒级的脉冲序列。光梳是一个非常有用的工具，它可以使基准射频信号与光频联系起来，因此正被广泛地应用于各种领域，例如，高速和高分辨率光学模拟数字转换，光电神经计算，频率测量，时序分布，高速光通信和光学时钟等。
利用锁模激光器产生的光梳，其时间抖动可以控制到亚飞秒量级甚至阿秒量级，比电子脉冲的时间抖动小三个量级以上。通过光电(PD，Photoelectric Detector)探测其生成的微波源，相比电方法产生的微波源，其抖动小了几个量级。同时锁模光梳的脉宽也很短，能达到亚皮秒和几十飞秒的量级。基于光学频率梳的研究已经吸引了世界上很多科研小组的关注，对其研究和技术改进也在广泛展开，是一个很有前景的实现高速信号模数转换的方向。
产生光梳的锁模激光器分为主动式锁模激光器和被动式锁模激光器，主动锁模利用调制器产生振幅调制或相位调制来实现锁模，被动锁模则是利用光强与光纤内非线性效应的变化关系来调制腔内损耗，以达到锁模的目的。主动式锁模激光器能达到的重复频率较高，可达到10GHz以上，被动式锁模激光器的光脉冲则具有稳定度高的优点，定时抖动可在亚飞秒量级甚至以下。被动式锁模激光器可以产生超低噪声的脉冲信号，但是重复频率受到腔长的限制，而主动式锁模激光器的相位噪声容易受到射频(RF，Radio Frequency)源的限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光脉冲信号的生成方法及装置。
本发明实施例提供的光脉冲信号的生成方法，包括：
通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；
将所述高次谐频信号输入至电光调制器(EOM，EO Modulator)中对主动式锁模激光器进行调节；
通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
本发明实施例中，所述方法还包括：
将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
本发明实施例中，所述方法还包括：
构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述方法还包括：
构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，包括：
从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大。
本发明实施例提供的光脉冲信号的生成装置，包括：
第一生成单元，用于通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；
传输单元，用于将所述高次谐频信号输入至EOM中对主动式锁模激光器进行调节；
第二生成单元，用于通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
本发明实施例中，所述方法还包括：
分割单元，用于将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
本发明实施例中，所述装置还包括：
构建单元，用于构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述装置还包括：
构建单元，用于构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述第一生成单元，还用于：从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大。
本发明实施例的技术方案中，通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；将所述高次谐频信号输入至EOM中对主动式锁模激光器进行调节；通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。本发明实施例的技术方案具有高重复率和低噪两个优点，其频率可达到10GHz，在1MHz下的相位噪声可到达-158dBc/Hz。
附图说明
附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为本发明实施例的光脉冲信号的生成方法的流程示意图一；
图2为本发明实施例的光脉冲信号的生成方法的流程示意图二；
图3为本发明实施例的光脉冲信号的生成装置的硬件实体图；
图4为本发明实施例的光脉冲信号的生成装置的结构组成图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。
本发明实施例提供一种高频超低噪声的高速光脉冲信号的生成方法及装置，通过非线性偏振旋转(NPR，Nonlinear Polarization Rotation)锁模方式实现被动式激光器的锁模并由其生成高频微波信号，然后提取其高次谐波注入一个EOM中对主动式锁模激光器进行调节，从而生成高速光梳序列(也即高速光脉冲信号)。这个方案将被动式锁模激光器的超低噪声特点和主动式锁模激光器的高重复频率特点结合起来，不使用外部的RF源就可以得到一个低成本、超低噪声、高频的光脉冲序列。
图1为本发明实施例的光脉冲信号的生成方法的流程示意图一，如图1所示，所述光脉冲信号的生成方法包括以下步骤：
步骤101：通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号。
本发明实施例中，所述方法还包括：构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
在一具体实施例中，所述被动式锁模激光器的重复频率为74.5MHz、腔长为2.68m。
本发明实施例中，所述方法还包括：构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
在一具体实施例中，所述主动式锁模激光器的基模为4.0MHz，腔长为49.8m。
本发明实施例中，所述从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，包括：
从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大，得到信噪比为5dB的高次谐频信号。
步骤102：将所述高次谐频信号输入至EOM中对主动式锁模激光器进行调节。
步骤103：通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
本发明实施例中，将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
例如：所述预设比例为9:1，其中，所述第一信号占整个高速光脉冲信号的90％，所述第二信号占整个高速光脉冲信号的10％。
本发明实施例的技术方案具有高重复率和低噪两个优点，其频率可达到10GHz，相位噪声非常低，在1MHz下的相位噪声可低于-158dBc/Hz。
图2为本发明实施例的光脉冲信号的生成方法的流程示意图二，如图2所示，所述光脉冲信号的生成方法包括以下步骤：
步骤201：构建被动式锁模激光器。
这里，被动式锁模激光器为PMLL。所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。在本发明的一个实施例中，被动式锁模激光器的重复频率为74.5MHz，腔长2.68m。
步骤202：构建主动式锁模激光器。
这里，主动式锁模激光器为AMLL。所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。在本发明的一个实施例中，主动式锁模激光器的腔长基模为4.0MHz，腔长为49.8m。
步骤203：将被动式锁模激光器产生的信号输入EOM以调节主动式锁模激光器，从而生成高速光脉冲信号。
在本发明的一个实施例中，选择被动式锁模激光器的高次谐波，注入主动式锁模激光器的信号约为5dB。
这里，高速光脉冲信号具有高重复频率、超低噪声的特点。
本发明实施例通过被动式锁模激光器来调节主动式锁模激光器。
步骤204：将主动式锁模激光器产生的脉冲串信号分为两部分，功率相对较高的部分用来形成腔内振荡，功率相对较低的部分通过PD探测出来用于信号的探测和相噪的测量。
在本发明的一个实施例中，将主动式锁模激光器产生的脉冲串信号按照9:1的比例分为两部分，其中功率较高的90％部分用来形成腔内振荡，10％的功率约为2.15dBm部分通过PD探测出来用于信号探测和相噪的测量。
本发明提供的光脉冲信号的获取方法具有高重复率和低噪两个优点，其频率可达到10GHz，在1MHz下的相位噪声可到达-158dBc/Hz。
图3为本发明实施例的光脉冲信号的生成装置的硬件实体图，如图3所示，装置包括激光泵浦源(参数可选980nm)、泵浦激光耦合器(WDM)(参数可选980nm/1550nm)、压电陶瓷器件(PZT)、放大用掺杂光纤、光纤准直器、1/4零级波片(参数可选1550nm)、1/2零级波片(参数可选1550nm)、偏振分光镜(PBS)、光纤隔离器、光电探测器、滤波器、电放大器、电光调制器(EOM)、光纤耦合器。其中：
1)被动式锁模激光器利用NPR方式完成锁模，可通过控制锁模激光器泵浦电流、调节激光器PZT改变腔长、采用PID自调节锁相环等方法将光梳的频率稳定在一个频率标准上，获得频率精度高的光梳。虽然被动式锁模激光器产生的光梳相对主动式锁模激光器来说更加稳定，但其光梳仍会有相位噪声，主要分为腔内问题和外部环境的影响。为了进一步降低被动式锁模激光器的相位噪声，应当减小腔内色散。本发明实施例采用的被动式锁模激光器的重复频率为a，对应腔长约为L1＝c/2a。PBS将光分为两部分，一部分作为输出，另一部分返回腔内形成稳定震荡。在一具体实施方式中，a＝74.5MHz，L1＝2.68m，进入PBS的光约为3dBm。
2)观测PMLL信号频谱可看出高次谐波信号功率较高且稳定，因此选择PMLL的高次谐波，高次谐波信号经过滤波放大后注入主动式锁模激光器。在一具体实施方式中，高次谐波信号的光功率约为-12dBm，信号被滤波放大为5dBm后注入主动式锁模激光器。
3)主动式锁模激光器的基模为b，对应腔长约为L2＝c/2b，泵浦激光器最大光功率高达数百毫瓦。在一具体实施方式中，b＝4.0MHz，L2＝49.8m，激光器最大光功率为600mW，通过980nm/1550nm的泵浦耦合器模块进入EOM，本发明实施例选用的EOM有10G带宽。此外，系统中的隔离器用来保证光的单向传输，三个PC可用来控制进入腔内的激光的偏振态。
4)AMLL产生的脉冲串信号按照一定比例分为两部分，其中功率较高的部分用来形成腔内振荡，功率较低的另一部分可通过PD2探测出来用于信号探测和相噪的测量。在一具体实施方式中，AMLL产生的脉冲串信号按照9:1的比例分为两部分，其中功率较高的90％部分用来形成腔内振荡，10％的低功率部分约为2.15dBm，可通过PD2探测出来用于信号探测和相噪的测量。
本发明实施例通过设计上述被动式锁模激光器和主动式锁模激光器结合系统，既可产生高稳定高重复频率的脉冲信号，又具有低相位噪声。
图4为本发明实施例的光脉冲信号的生成装置的结构组成图，如图4所示，所述装置包括：
第一生成单元41，用于通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；
具体地，参照图3，图3上半部分虚线框内的器件集成为第一生成单元41。
传输单元42，用于将所述高次谐频信号输入至EOM中对主动式锁模激光器进行调节；
具体地，参照图3，由LNA将高次谐频信号输入EOM中。这里，LNA为电放大器。
第二生成单元43，用于通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
具体地，参照图3，图3下半部分虚线框内的器件集成为第二生成单元43。
本发明实施例中，所述方法还包括：
分割单元44，用于将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
具体地，参照图3，分割单元44通过Coupler来实现。
本发明实施例中，所述装置还包括：
构建单元45，用于构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述装置还包括：
构建单元45，用于构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
本发明实施例中，所述第一生成单元41，还用于：从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大。
具体地，参照图3，滤波通过滤波器(BPF)来实现，放大通过LNA来实现。
本领域技术人员应当理解，图4所示的光脉冲信号的生成装置中的各单元的实现功能可参照前述光脉冲信号的生成方法的相关描述而理解。
本发明实施例的技术方案，对不具备手势识别部件的设备(例如未配备摄像头的设备)，无须使用者面对该设备，也能够通过手势对该设备进行控制(例如选择功能、配置参数等)，且该设备本身增加成本较低。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光脉冲信号的生成方法，其特征在于，所述方法包括：
通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；
将所述高次谐频信号输入至电光调制器EOM中对主动式锁模激光器进行调节；
通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，包括：
从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大。
6.一种光脉冲信号的生成装置，其特征在于，所述装置包括：
第一生成单元，用于通过被动式锁模激光器生成高频微波信号，从所述高频微波信号中提取高次谐频信号；
传输单元，用于将所述高次谐频信号输入至EOM中对主动式锁模激光器进行调节；
第二生成单元，用于通过所述主动式锁模激光器生成高速光脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述方法还包括：
分割单元，用于将所述高速光脉冲信号按照预设比例分为第一信号和第二信号，其中，第一信号的功率高于第二信号的功率，所述第一信号用于形成腔内振荡，所述第二信号用于检测信号和测量相噪。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
构建单元，用于构建被动式锁模激光器，其中，所述被动式锁模激光器的重复频率为a、腔长为L1＝c/2a，其中，a＞0，c为光速。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
构建单元，用于构建主动式锁模激光器，其中，所述主动式锁模激光器的基模为b，腔长为L2＝c/2b，其中，b＞0，c为光速。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一生成单元，还用于：从所述高频微波信号中提取高次谐频信号，将所述高次谐频信号进行滤波并放大。
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