CN101881917A - 基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源 - Google Patents

Abstract

本发明基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源，用于大容量微波光子通信和密集波分复用光纤通信领域。发明中激光光源发出的激光束通过光耦合模块进入光纤环形腔，在所述光纤环形腔内包括光相位调制模块和光放大模块。光放大模块可以采用有源光纤光放大器或半导体光放大器。本发明的光源输出功率高，可以输出数百个波长窄线宽激光，各波长激光功率稳定；邻近波长激光之间的相干性好，可以拍频产生理想的微波光子通信用毫米波；同时光源结构简单，所用光器件成熟，不需要大功率泵浦光，成本低。

Description

基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源

技术领域

本发明属于大容量微波光子通信或是波分复用光纤通信领域，特别是基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源。

背景技术

国内外产生用于微波光子通信的多波长光源的方法主要是有：利用光学非线性效应来产生超连续光源，但需要瓦级强泵浦光泵浦非线性介质，不同波长光波之间的相干性较差，拍频毫米波频率稳定性不好。对超短脉冲泵浦产生的超连续光源进行光谱分割，但它是脉冲方式工作，输出功率低。对于利用非线性光纤的超连续谱光源，要求泵浦光脉冲功率很高，泵浦脉冲光的幅度抖动以及啁啾都会引起超连续谱的幅度抖动。ASE具体是什么的缩写，什么含义以及相应调制不稳定、四波混频等非线性效应也会降低SC具体是什么的缩写，什么含义的相干性，从而降低拍频毫米波的频率稳定性，而且它对外部环境非常敏感。多激光器阵列方法的缺点同样是拍频毫米波频率稳定性不好。利用两个相位锁定激光器的输出激光，但结构复杂，稳定困难，成本高，只能获得单个微波光子通信用毫米波。用单频激光的幅值调制和相位调制产生的边带光作为多波长光源，拍频毫米波的频率稳定，但主要用来获得单个微波光子通信用毫米波，且光功率利用率低。现在用于波分复用光通信的光源主要是单波长光源，采用腔内滤波等方法产生的多波长激光的单个波长激光的功率性不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述缺陷，提供一种基于光纤环形腔内光相位调制和光放大方法产生的可用于大容量微波光子通信领域或是密集波分复用光纤通信领域的多波长窄线宽相干激光光源，用于微波光子通信中心站，该光源可以产生数百个频率稳定的光毫米波，避免使用多个光源；用于波分复用光网络节点，该光源可以替代数百个窄线宽激光器，大幅降低微波光子通信中心站或是波分复用光网络节点成本。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源，其中激光光源发出的激光束通过光耦合模块进入光纤环形腔，在所述光纤环形腔内包括光相位调制模块和光放大模块。

上述光放大模块为有源光纤光放大器，包括有源光纤、有源光纤泵浦激光器和波分复用器，其中波分复用器的一个输入端与所述光相位调制模块的输出端相连接，另一个输入端与所述有源光纤泵浦激光器的输出相连接，所述波分复用器的一个输出端与所述有源光纤的一端连接，所述有源光纤的另一端与所述光耦合模块的一个输入端相连接构成所述光纤环形腔。所述光放大模块也可以为半导体光放大器。

在上述光纤环形腔中加入腔长与偏振控制器，所述光纤环形腔的输出端与滤波模块相连接，在所述激光光源与所述光耦合模块之间加入光隔离器，所述光相位调制模块带有射频驱动信号源。

将稳定单频窄线宽信号激光输入到内置相位调制器和光放大器的光纤环形腔内，腔长控制器实现信号光通过相位调制器时的相位相同，在腔内多次循环通过相位调制器的信号光的相位调制深度不断增大，高阶边带的幅值也就随相位调制深度不断增大而增大，产生多波长激光，同时腔内光放大器补偿调制产生的多边带激光在腔内循环损耗，得到多波长窄线宽相干激光光源。

输入激光可表示为：

E₀，ω₀和是输入信号光的幅值，角频率和随机相位，加在相位调制器上射频调制电压为：V_m(t)＝V₀cosω_et，产生的相位调制量为：

进入谐振腔内的窄线宽单频激光在腔内往返反射多次通过相位调制器，调整腔长实现相邻两次相位调制同相叠加，在腔内n次往返反射后的光波的相位调制量就是nβ，同时腔内光放大作用实现往返反射功率净损耗接近于零实现多次腔内往返反射，腔内相干叠加输出的基波，偶次边带，奇次边带波长激光的幅值：

基波：

偶次边带：

奇次边带：

其中，m是正整数，a是与腔相关的常系数，R内置相位调制的有源光纤法布里-珀罗谐振腔的有效环程反射系数。根据Bessel函数，高相位调制指数使高阶与低阶边带幅值相当。例如，当相位调制指数为305弧度的相位调制波的第300阶边带的幅值达到10.0％，0和1阶的幅值为4.3％。调节泵浦光功率可以使输入光波在腔内往返足够多次数，实现300阶边带的幅值达到mW级。这样经交叉分插复用器和带通滤波器就可以获得600个波长的窄线宽激光，可以满足波分复用光网络节点对多波长激光源的要求，提供数百个窄线宽激光光源；且邻近各波长激光之间拍频频率接近单频，可以满足微波光子无线电通信中中心站的对相干激光光源的要求，提供数百个毫米波激光光源。

输出各波长激光频率等于输入激光中心频率加/减射频调制波中心频率的整数倍，通过调节输入光波长和射频调制波频率，实现输出多波长激光频率的可调性。波分复用用的单波长光源和微波光子通信用的双波长激光用交叉分插复用器和解波分复用器或是带通滤波器滤出。

本发明的有益效果在于：1.基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的多波长光源，输出功率高，可以输出数百个波长窄线宽激光，各波长激光功率稳定；2.邻近波长激光之间的相干性好，可以拍频产生理想的微波光子通信用毫米波，一个本发明光源就可以提供微波光子通信中心站和波分复用光节点的光源；3.本发明光源结构简单，所用光器件成熟，不需要大功率泵浦光，成本低。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图

具体实施方式

现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示是本发明具体实施方式的结构示意图，波长在光通信1.55μm窗口，激光线宽在1MHz左右，单模尾纤输出功率在毫瓦级的单频窄线宽带半导体激光器1与光纤光隔离器2的一端熔接，光纤光隔离器2的另一端与构成光纤环形腔的输入/输出2×2光纤耦合器3的一输入端熔接，2×2光纤耦合器3的一输出端与光相位调制器5的一端熔接，且用2×2光纤耦合器3一输出端与光相位调制器5之间的光纤绕或是固定在压电陶瓷上构成腔长与偏振控制器4，光相位调制器5的另一端与波分复用器8的1.55μm输入端熔接，波分复用器8的输出端与有源光纤7的一端熔接，用部分有源光纤7绕或是固定在压电陶瓷上构成腔长与偏振控制器6，有源光纤7的另一端与环形腔的输入/输出2×2光纤耦合器3的另一输入端熔接构成光纤环形腔，腔长控制器实现信号光通过相位调制器时的相位相同，在腔内多次循环通过相位调制器的信号光的相位调制深度不断增大，高阶边带的幅值也就随相位调制深度不断增大而增大，产生多波长激光，同时腔内光放大器补偿调制产生的多边带激光在腔内循环损耗，得到多波长窄线宽相干激光光源。有源光纤泵浦激光器11输出尾纤与波分复用器8的另一输入端熔接，这样在2×2光纤耦合器3另一输出端可作为输出端或是光纤环形腔的输出端输出多波长窄线宽相干激光，这一输出端与滤波器组12的输入端熔接，滤波器组12将多波长激光分解为单波长多路激光光纤输出。

在上述具体实施方式中，光纤环形腔内光相位调制器5与由有源光纤7、波分复用器8、有源光纤泵浦激光器11构成的光放大模块可以调换位置，并且光放大模块也可以采用半导体光放大器，取代上述的有源光纤光放大器。在上述具体实施方式中，多波长光源从2×2光纤耦合器3的一个输出端输出，也可以从光纤环形腔内的某一段输出。

上述说明只是该发明的具体实施方式，其不对发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对上述的具体实施方式作修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源，其特征在于，激光光源发出的激光束通过光耦合模块进入光纤环形腔，在所述光纤环形腔内包括光相位调制模块和光放大模块。

2.根据权利要求1所述的多波长光源，其特征在于，所述光放大模块为有源光纤光放大器，包括有源光纤、有源光纤泵浦激光器和波分复用器，其中波分复用器的一个输入端与所述光相位调制模块的输出端相连接，另一个输入端与所述有源光纤泵浦激光器的输出相连接，所述波分复用器的一个输出端与所述有源光纤的一端连接，所述有源光纤的另一端与所述光耦合模块的一个输入端相连接构成所述光纤环形腔。

3.根据权利要求1所述的多波长光源，其特征在于，所述光放大模块为半导体光放大器。

4.根据权利要求2或3所述的多波长光源，其特征在于，在所述光纤环形腔中加入腔长与偏振控制器。

5.根据权利要求1至3任一所述的多波长光源，其特征在于，所述光纤环形腔的输出端与滤波模块相连接。

6.根据权利要求1至3任一所述的多波长光源，其特征在于，在所述激光光源与所述光耦合模块之间加入光隔离器。

7.根据权利要求1所述的多波长光源，其特征在于，所述光相位调制模块带有射频驱动信号源。

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