CN101141200B - 基于多频相位调制的多波长源产生装置 - Google Patents

Abstract

基于多频相位调制的多波长源产生装置，它涉及一种超密集波分复用光纤通信系统中的光源产生装置。它克服了已有技术需要较大的驱动电压并且光谱强度波动较大的缺陷。本发明的一种装置由激光器和N个相位调制器、N个移相器、N个驱动信号源组成，激光器输出的激光依次序分别通过每个相位调制器从而经相位调制后输出多波长激光，每个驱动信号源通过移相施加到相位调制器上。本发明的另一种装置是把信号源的信号通过移相器叠加到加法器中，然后施加到相位调制器上对激光器输出的激光调制后输出多波长激光。

Description

基于多频相位调制的多波长源产生装置

技术领域

本发明涉及一种超密集波分复用光纤通信系统中的光源产生装置。

背景技术

在超密集波分复用光纤通信系统中，一个关键的技术是如何产生一个结构紧凑并且价格低廉的多波长源，这个多波长源应该具有相邻两个波长的频差固定并且光谱强度波动较小的特点。近年来由于波导电光调制器的发展，基于波导电光调制器的多波长源产生技术引起了人们的广泛关注。利用一个波导强度调制器和相位调制器串联(见IEEE J.Lightwave Tech.，vol.21，no.11，pp.2705-2714)，以及两个串联的强度调制器(见Opt.Express，vol.15，no.6，pp.2981-2986)获得了光谱强度波动不是很大的多波长源。但上述方法均需要较大的驱动电压(超过两倍半波电压)并且获得光谱强度波动在2dB左右，比较大，不符合等幅的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多频相位调制的多波长源产生装置，以克服已有技术需要较大的驱动电压并且光谱强度波动较大的缺陷。

基于多频相位调制的多波长源产生方法，对入射激光进行多频的相位调制从而获得等幅的多波长源。

基于多频相位调制的多波长源产生装置，它由激光器1和第一相位调制器2-1、第二相位调制器2-2、第三相位调制器2-3至第N相位调制器2-N、第一移相器3-1、第二移相器3-2、第三移相器3-3至第N移相器3-N、第一驱动信号源4-1、第二驱动信号源4-2、第三驱动信号源4-3至第N驱动信号源4-N组成，激光器1输出的激光依次序分别通过第一相位调制器2-1至第N相位调制器2-N从而经相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的第一驱动信号源4-1通过第一移相器3-1输出到第一相位调制器2-1上，频率为3f_m的第二驱动信号源4-2通过第二移相器3-2输出到第二相位调制器上2-2上，频率为5f_m的第三驱动信号源4-3通过第三移相器3-3输出到第三相位调制器上2-3，频率为nf_m的第N驱动信号源4-N通过第N移相器3-N输出到第N相位调制器上2-N，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

本发明还提供另一种基于多频相位调制的多波长源产生装置，它由激光器7和相位调制器8、加法器9、一号移相器6-1、二号移相器6-2、三号移相器6-3至N号移相器6-N、一号信号源5-1、二号信号源5-2、三号信号源5-3至N号信号源5-N组成，激光器7输出的激光通过相位调制器8的相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的一号信号源5-1通过一号移相器6-1后进入加法器9，频率为3f_m的二号信号源5-2通过二号移相器6-2后进入加法器3，频率为5f_m的三号信号源5-3通过三号移相器6-3后进入加法器9，频率为nf_m的N号信号源5-N通过N号移相器6-N后进入加法器9，加法器9的输出信号加载到相位调制器8上，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

传统理论一直以为仅通过相位调制不能获得光谱强度波动较小的多波长源，然而这是因为只考虑了单频调制。通过对入射激光进行多频的相位调制是可以获得等幅的多波长源。本发明基于多频相位调制的多波长源产生装置具有驱动电压低(约为一倍的半波电压)并且多波长等幅的优点，本发明能获得0dB的等幅激光源，如果实际应用时把对波动幅度的要求放宽到0.5dB时，就能获得更多条光谱线。

附图说明

图1是当调制信号由基频和三次谐波组成时所获得的七等幅的光谱图，图2是在调制信号由基频和三次谐波组成的情况下，具有最小光谱强度波动的九条光谱线输出光谱图，图3是当调制信号由基频、三次和五次谐波组成时所获得十一等幅的光谱图，图4是在调制信号由基频、三次和五次谐波组成的情况下，具有最小光谱强度波动的十五条光谱线输出光谱图，图5是实施方式二的结构示意图，图6是实施方式三的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4具体说明本实施方式。基于多频相位调制的多波长源产生方法，对入射激光进行多频的相位调制从而获得等幅的多波长源。

传统理论一直以为仅通过相位调制不能获得光谱强度波动较小的多波长源，然而这是因为只考虑了单频调制。下述理论分析指出通过对入射激光进行多频的相位调制是可以获得等幅的多波长源。

对入射激光进行单频相位调制时，调制指数越大则调制后的高阶边频就越多，然而单频调制只能在调制指数为1.435时获得等幅的三条光谱线。为了获得更多条等幅的光谱线，可以通过对入射激光进行多频相位调制来实现。对于任意一个频率为f_m的调制信号m(t)，对其作傅里叶级数展开则有

$m\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{+\∞}{\mathrm{\γ}}_k\sin \left(2\mathrm{\πk}{f}_{m}t\right)---\left(1\right)$

则在此调制信号下，入射光的时域表达式为

$S\left(t\right)=\cos [2\mathrm{\π}{f}_{c}t+{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{+\∞}{\mathrm{\γ}}_k\sin (2\mathrm{\πk}{f}_{m}t+{\mathrm{\φ}}_k)]---\left(2\right)$

其中，f_c为光载波频率，f_m为调制基频， ${\mathrm{\γ}}_k=\frac{V_k}{V_{\mathrm{\π}}}\·\mathrm{\π}$ 为调制指数，V_k和V_π分别为调制电压振幅和相位调制器的半波电压，φ_k为基频和谐波的初相位。在此作两个假设：(一)调制信号不含直流组分，即γ₀＝0；(二)调制信号基频组分初相位为0，即φ₁＝0。显然，这两个假设并不影响抽运光的频谱，对式(2)做傅里叶展开得

$S\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{n_1=-\∞}^{+\∞}\·{\mathrm{\Σ}}_{n_2=-\∞}^{+\∞}\·\·\·{\mathrm{\Σ}}_{n_k=-\∞}^{+\∞}\·\·\·[{\mathrm{\Π}}_{k=1}^{+\∞}{J}_{n_k}({\mathrm{\γ}}_k,{\mathrm{\φ}}_k)\·\cos \left(2\mathrm{\π}(f_c+{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{+\∞}{n}_{k}k{f}_m)\right)]---\left(3\right)$

其中：

$J_n(\mathrm{\γ},\mathrm{\φ})=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{-\mathrm{\π}}^{\mathrm{\π}}\exp \left(j(\mathrm{\γ}\sin (x+\mathrm{\φ})-\mathrm{nx})\right)\·\mathrm{dx}$

为变形的贝塞尔函数，并且可以证明其具有对称性 $J_n(\mathrm{\γ},\mathrm{\φ})={(-1)}^n{J}_{-n}^{*}(\mathrm{\γ},\mathrm{\φ}).$ 调制后为了获得等幅的光谱线，首先就必须保证同阶上下边频的振幅相等。根据上面提到的变形的贝塞尔函数的对称性质，可以证明，当调制信号各组分频率和相位满足以下任意一种情形时，调制后的光谱满足同阶上下边频的振幅相等：

(a)调制信号只含有基频(f_m)及奇次谐波(3f_m，5f_m，7f_m......)组分，其中，奇次谐波组分相位任意；

(b)调制信号含有基频(f_m)，奇次谐波(3f_m，5f_m，7f_m......)组分和偶次谐波(2f_m，4f_m，6f_m......)组分，其中，奇次谐波组分相位为0，偶次谐波组分相位为π/2。

当调制信号是情形(a)时，调制指数γ₁，γ₃，γ₅......和相位φ₃，φ₅......为变量；当调制信各是情形(b)时，由于各谐波分量的相位是固定的，因此只有调制指数γ₁，γ₂，γ₃......为变量。因此，当构造一个含有n个变量的调制信号时，可以获得2n+1条等幅光谱线。可以发现无论是情形(a)还是(b)，当谐波分量包含到n(n为奇数)次谐波时，其总变量数均为n。也就是说，调制信号里不含偶次谐波只具有奇次谐波时，也可以获得相同数量的等幅光谱线。比如，但调制信号包含基频、二次谐波和三次谐波时可以获得7条等幅的光谱线，而基频和三次谐波的组合也可以获得相同数目的等幅光谱线。因此，在实际应用为方便起见，仅需使用基频和奇次谐波。当调制信号由基频和三次谐波组成时，可以获得七等幅的光谱线，如图1所示，其中基频的调制指数为1.386，三次谐波的调制指数和初相位分别为1.432和0.506π，调制信号的幅度为0.845V_π。从图1可以看出四阶边频的强度也比较高，因此在调制信号由基频和三次谐波组成的情况下，具有最小光谱强度波动九条光谱线输出光谱如图2所示，其中基频的调制指数为1.399，三次谐波的调制指数和初相位分别为1.458和0.494π，调制信号的幅度为0.854V_π。当调制信号由基频、三次和五次谐波组成时，可以获得十一等幅的光谱线，如图3所示，其中基频的调制指数为1.650，三次谐波的调制指数和初相位分别为0.724和0.995π，五次谐波的调制指数和初相位分别为1.404和0.48π，调制信号的幅度为1.108V_π。从图3可以看出六阶和七阶边频的强度也比较高，因此在调制信号由基频、三次和五次谐波组成的情况下，具有最小光谱强度波动的十五条光谱线输出光谱如图4所示，其中基频的调制指数为1.660，三次谐波的调制指数和初相位分别为0.691和π，五次谐波的调制指数和初相位分别为1.437和0.497π，调制信号的幅度为1.109V_π。

从以上分析可以看出，基于多频相位调制的多波长源产生方法具有驱动电压低(约为一倍的半波电压)并且多波长等幅的优点。

具体实施方式二：参见图5，本具体实施方式的基于多频相位调制的多波长源产生装置由激光器1和第一相位调制器2-1、第二相位调制器2-2、第三相位调制器2-3至第N相位调制器2-N、第一移相器3-1、第二移相器3-2、第三移相器3-3至第N移相器3-N、第一驱动信号源4-1、第二驱动信号源4-2、第三驱动信号源4-3至第N驱动信号源4-N组成，激光器1输出的激光依次序分别通过第一相位调制器2-1至第N相位调制器2-N从而经相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的第一驱动信号源4-1通过第一移相器3-1输出到第一相位调制器2-1上，频率为3f_m的第二驱动信号源4-2通过第二移相器3-2输出到第二相位调制器上2-2上，频率为5f_m的第三驱动信号源4-3通过第三移相器3-3输出到第三相位调制器上2-3，频率为nf_m的第N驱动信号源4-N通过第N移相器3-N输出到第N相位调制器上2-N，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

其中，激光器1及各相位调制器之间为光纤连接，其余均为电连接。

具体实施方式三：参见图6，本具体实施方式的基于多频相位调制的多波长源产生装置由激光器7和相位调制器8、加法器9、一号移相器6-1、二号移相器6-2、三号移相器6-3至N号移相器6-N、一号信号源5-1、二号信号源5-2、三号信号源5-3至N号信号源5-N组成，激光器7输出的激光通过相位调制器8的相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的一号信号源5-1通过一号移相器6-1后进入加法器9，频率为3f_m的二号信号源5-2通过二号移相器6-2后进入加法器3，频率为5f_m的三号信号源5-3通过三号移相器6-3后进入加法器9，频率为nf_m的N号信号源5-N通过N号移相器6-N后进入加法器9，加法器9的输出信号加载到相位调制器8上，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

Claims (2)

1.基于多频相位调制的多波长源产生装置，其特征在于它由激光器(1)和第一相位调制器(2-1)、第二相位调制器(2-2)、第三相位调制器(2-3)至第N相位调制器(2-N)、第一移相器(3-1)、第二移相器(3-2)、第三移相器(3-3)至第N移相器(3-N)、第一驱动信号源(4-1)、第二驱动信号源(4-2)、第三驱动信号源(4-3)至第N驱动信号源(4-N)组成，激光器(1)输出的激光依次序分别通过第一相位调制器(2-1)至第N相位调制器(2-N)从而经相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的第一驱动信号源(4-1)通过第一移相器(3-1)输出到第一相位调制器(2-1)上，频率为3f_m的第二驱动信号源(4-2)通过第二移相器(3-2)输出到第二相位调制器上(2-2)上，频率为5f_m的第三驱动信号源(4-3)通过第三移相器(3-3)输出到第三相位调制器上(2-3)，频率为nf_m的第N驱动信号源(4-N)通过第N移相器(3-N)输出到第N相位调制器上(2-N)，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

2.基于多频相位调制的多波长源产生装置，其特征在于它由激光器(7)和相位调制器(8)、加法器(9)、一号移相器(6-1)、二号移相器(6-2)、三号移相器(6-3)至N号移相器(6-N)、一号信号源(5-1)、二号信号源(5-2)、三号信号源(5-3)至N号信号源(5-N)组成，激光器(7)输出的激光通过相位调制器(8)的相位调制后输出多波长激光，频率为f_m的一号信号源(5-1)通过一号移相器(6-1)后进入加法器(9)，频率为3f_m的二号信号源(5-2)通过二号移相器(6-2)后进入加法器(3)，频率为5f_m的三号信号源(5-3)通过三号移相器(6-3)后进入加法器(9)，频率为nf_m的N号信号源(5-N)通过N号移相器(6-N)后进入加法器(9)，加法器9的输出信号加载到相位调制器(8)上，N为自然数，且N＞1，n＝2N-1。

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