CN102055527A - 一种产生多载波光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信系统领域，具体说是一种产生多载波光的方法，首先，采用单一波长光源(200)产生输出光，该输出光经多载波光产生装置(201)后，生成多载波光；所述多载波光产生装置(201)包括：至少一套频率搬移部分，以循环的方式对输入单一波长光源出射光实现频谱搬移，以实现多光载波光的产生。本发明所述的产生多载波光的方法，在实际系统器件水平的基础上用简单的方式产生多载波光，以便可以覆盖到广波长范围，能使各载波光频率稳定且质量高。

Description

一种产生多载波光的方法

技术领域

本发明涉及光通信系统领域，具体说是一种产生多载波光的方法。

背景技术

随着网络带宽需求愈来愈大，传输网络必须提高传输容量。光纤通信是主要的大容量传输手段，而WDM(波分复用)则是目前实用化的最重要的大容量技术。

现有WDM网络以10Gbps的信道速率为主，40Gbps已逐渐商用，100Gbps及更高速率相关技术也被陆续提出。对于100Gbps及更高速率的系统而言，目前的电子速率尚未能达到如此高速的速率，存在着电子瓶颈。

目前业界为解决电子瓶颈问题有着多种不同的方式，其中有一种便是利用多载波光来承载数据，以实现100Gbps或更高速率的高速光纤传输系统。

目前所见的多载波光的产生方式有如下几种：

多载波光产生的第一种方式是利用法布里珀罗激光光源或者锁模激光光源等多模式激光光源，来产生等频率间隔的多载波光。为了产生多个载波光，在激光谐振器中没有设置滤波器等波段限制单元。为了保证震荡光频稳定，需要对外部光进行注入锁定或者利用波长滤波器的光频率闭锁单元。

图1表示多载波光产生的第二种方式，本方式适合于载波光波长数在数十个左右的情况，单一波长光源101的数量与所需生成的不同波长的载波光的数量相同，利用单一波长光源101将各自的输出载波光以波长合波器102进行合波，得到所需的多载波光。图1中如需产生n个波长分别为λ1、λ2、…λn的载波光，则需要n个单一波长光源101。

图2表示多载波光产生的第三种方式，本方式将激光器等单一波长光源101的输出光输入到光调制器104中，所述光调制器104为相位调制器或者强度调制器；光调制器104还接收信号驱动103发来的重复频率为f的振荡信号，信号驱动103为一震荡器，光调制器104输出多载波光，该多载波光具有等间隔的边带，且该边的大小与重复频率f相关。然而在需要更多个的载波光的情况下，则需要采用第一种方式所述的结构，对多个单一波长光源的输出光进行合路后在光调制器中调制。

图3表示多载波光产生的第四种方式，该方式用信号发生器105提供的周期信号驱动脉冲光源106，脉冲光源106可以为一脉冲激光器，将脉冲光源106输出的脉冲光输入波导型光非线性介质107，波导型光非线性介质107利用脉冲光源106输出的脉冲光，产生基于超连续光谱等的非线性光学效应，使得输入的脉冲光光谱展宽，使得脉冲光中的载波光数量增加，产生多载波光，多载波光的频率间隔为输出光的重复频率。

对于第一种多载波光产生的方式而言，在多模式的激光光源中会产生特有的模式分配噪声，使得各载波光质量下降，另需要对多模式激光光源进行波段控制，很难产生高质量多数量的载波光。

对于第二种和第三种多载波光产生的方式而言，为了使得光源的光频成为等间隔，有必要进行控制和稳定化，且在载波光数超过100的情况下，其结构复杂且不现实。

而第四种方式是基于非线性光学效应的光谱展宽，其生成的载波光质量不会优于输入波导型非线性介质中的脉冲光质量，比单一波长光源输出的质量差。

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产生多载波光的方法，在实际系统器件水平的基础上用简单的方式产生多载波光，以便可以覆盖到广波长范围，能使各载波光频率稳定且质量高。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种产生多载波光的方法，其特征在于，其具体步骤如下：

首先，采用单一波长光源200产生输出光，该输出光经多载波光产生装置201后，生成多载波光；

所述多载波光产生装置201包括：至少一套频率搬移部分，

2*1分光比为50∶50的耦合器202接收单一波长光源200产生的输出光，

耦合器202的输出光经过频率搬移部分后，其输出频率发生搬移，得到频率偏移后的光，

该频率偏移后的光送入EDFA 205放大，所述EDFA为掺铒光纤放大器，

频率偏移后的光经过EDFA 205放大后，作为1*2分光比为50∶50的耦合器206的输入光，

耦合器206将输入光分成两路光输出，其中一路作为该多载波光产生装置的输出端，另一路经过偏振控制器207后，进入可调谐光滤波器208，所述可调谐光滤波器208为可调带宽可变中心波长的光滤波器，或为可调中心波长可变带宽的可调谐光滤波器，

经过可调谐光滤波器208滤波后，该路频率偏移后的光依次经过偏振控制器209、EDFA 210，最后送入2*1分光比为50∶50的耦合器202的另一个输入端口，

频率偏移后的光连同单一波长光源200的出射光再次经频率搬移部分频率搬移后，经EDFA 205放大后，由耦合器206一路输出，一路继续循环，这样，单一波长光源200输出的光经过在该多载波光产生装置201不断循环后，得到多载波光。

在上述技术方案的基础上，所述频率搬移部分由相位调制器203和信号发生装置204构成；

耦合器202的输出光经过相位调制器203，该相位调制器203是由信号发生装置204调制的，单一波长光源200产生的输出光经由该信号发生装置204调制的相位调制器203后，其输出频率发生搬移，搬移的距离由信号发生装置204的输出频率决定；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器208的带宽和中心波长以及信号发生装置204的输出频率来决定。

在上述技术方案的基础上，所述频率搬移部分由IQ调制器303和震荡器103构成；

耦合器202的输出光经过IQ调制器303，该IQ调制器303是由震荡器103调制的，单一波长光源200产生的输出光经由该震荡器103调制的IQ调制器303后，其输出频率发生搬移；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器208的带宽和中心波长以及震荡器103的输出频率来决定。

在上述技术方案的基础上，IQ调制器303的调制方式为：在IQ调制器303的IQ两路分别加载由震荡器(103)提供的正弦驱动电压和余弦驱动电压来实现频谱的搬移，搬移的间隔由驱动电压频率决定。

在上述技术方案的基础上，在2*1分光比为50∶50的耦合器202和相位调制器203间，串联一相同的多载波光产生装置201。

在上述技术方案的基础上，单一波长光源200产生输出光后，将其作为输入的光，该输入的光先经过由震荡器103驱动的光调制器104产生相对较少的载波光，再使产生的相对较少的载波光通过多载波光产生装置201。

本发明所述的产生多载波光的方法，在实际系统器件水平的基础上用简单的方式产生多载波光，该方法所述硬件除信号发生器204需要特殊定制外，其余各部件均可采用目前市面上所见的任意型号，该信号发生器204需要提供频率与所需载波搬移频率相同的锯齿波信号，以驱动相位调制器203实现载波频率搬移，故需要定制，其可通过现有的电子设计水平很好得到实现。该方法产生的多载波光可以覆盖到广波长范围，能使各载波光频率稳定且质量高。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是多载波产生的第二种方式示意图；

图2是多载波产生的第三种方式示意图；

图3是多载波产生的第四种方式示意图；

图4是本发明采用的多载波产生方法的技术方案框图；

图5是多载波产生装置201结构图；

图6是信号发生装置的驱动电压图；

图7是进入多载波光产生装置前的单一波长光源出射光光谱图；

图8是经多载波光产生装置后产生5个载波光的光谱图；

图9是经多载波光产生装置后产生10个载波光的光谱图；

图10是基于多载波产生装置201的另一种实现方式；

图11是基于多载波产生装置201的第三种实现方式；

图12是基于多载波产生装置201的第四种实现方式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的产生多载波光的方法，如图4、5所示，其具体步骤如下：

首先，采用单一波长光源200产生输出光，该输出光经多载波光产生装置201后，生成多载波光；

所述多载波光产生装置201包括：至少一套频率搬移部分，本实施例中，所述频率搬移部分由相位调制器203和信号发生装置204构成，

2*1分光比为50∶50的耦合器202，耦合器202接收单一波长光源200产生的输出光，

耦合器202的输出光经过相位调制器203，该相位调制器203是由信号发生装置204调制的，单一波长光源200产生的输出光经由该信号发生装置204调制的相位调制器203后，其输出频率发生搬移，搬移的距离由信号发生装置204的输出频率决定，

经由相位调制器调制203后的频率偏移后的光送入EDFA 205放大，所述EDFA为掺铒光纤放大器，

频率偏移后的光经过EDFA 205放大后，作为1*2分光比为50∶50的耦合器206的输入光，

耦合器206将输入光分成两路光输出，其中一路作为该多载波光产生装置的输出端，另一路经过偏振控制器207后，进入可调谐光滤波器208，所述可调谐光滤波器208为可调带宽可变中心波长的光滤波器，或为可调中心波长可变带宽的可调谐光滤波器，

经过可调谐光滤波器208滤波后，该路频率偏移后的光依次经过偏振控制器209、EDFA 210，最后送入2*1分光比为50∶50的耦合器202的另一个输入端口，

频率偏移后的光连同单一波长光源200的出射光(即单一波长光源200产生的输出光)再次经相位调制器203频率搬移后，经EDFA 205放大后，由耦合器206一路输出，一路继续循环，这样，单一波长光源200输出的光经过在该多载波光产生装置201不断循环后，得到多载波光；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器208的带宽和中心波长以及信号发生装置204的输出频率来决定。

上述技术方案以循环的方式对输入单一波长光源出射光实现频谱搬移，以实现多光载波光的产生，与采用多个激光光源产生多载波光的技术方案相比，具有结构简单，产生方式灵活、各载波光频率稳定且质量高等特点，可覆盖到波长范围。

频率搬移部分由相位调制器203和信号发生装置204构成，信号发生装置提供一定频率的锯齿波电压来驱动相位调制器203，根据傅里叶变换理论，时域的线性相移等同于频域中的频谱搬移。设F(f)＝F{f(t)}，F表示傅里叶变换算符，t是时域变量，f是频域变量。则有，F(f-kΔf)＝F{f(t)*exp(j2πkΔft)}，其中k为常数。即通过引入一个时域线性相移φ(t)＝2πkΔft，他的频谱F(f)则会被搬移到F(f-kΔf)，搬移量为kΔf。

我们通过利用相位调制器来实现这种时域的线性相移，单臂铌酸锂相位调制器的传递函数可表示为：

φ(t)＝(π/V_π)·V(t)

其中V_π表示半波电压，V(t)表示驱动电压。半波电压是由铌酸锂相位调制器的自身结构所决定，要实现φ(t)＝2πkΔft的相移，只需V(t)＝2V_πkΔft。

图6给出了频谱搬移量分别为Δf和2Δf的驱动电压波形，频谱搬移量与驱动电压的斜率相关，搬移量为2Δf其驱动电压的斜率是搬移量为Δf的两倍，鉴于光振动的周期性，相移量为2π与相移量为0对频谱搬移的效果是等同的，故而其驱动电压幅值只需使得相移在2π内变化即可，其重复频率也应为频谱搬移量相同。

光放大部分由EDFA 205和EDFA 210组成，用于补偿循环环路内各器件引入的插损，以保证出射的多载波光幅值一致。

偏振控制部分由偏振控制器207和偏振控制器209组成，用于控制多载波光的偏振态，以保证出射的多载波光偏振态一致。

载波选择部分由可调谐光滤波器208组成，可调谐光滤波器208是中心波长可调，带宽可调的，选用的可调谐光滤波器208不一样，其中心波长和带宽的可调范围也不一样，通过调节可调谐光滤波器208的带宽和中心波长，来决定多载波产生装置201在通过耦合器206后，继续循环的那一路光中所能进入再循环的波长数量，进而决定多载波光产生装置的最终产生的多载波光的数量。

图7给出了是进入多载波光产生装置前的单一波长光源出射光光谱图，通过调节信号发生装置204的输出频率和可调谐光滤波器208的中心波长和带宽，可以随意设置多载波光之间的间隔和输出多载波光的数量。图8是经多载波光产生装置后产生5个载波光的光谱图，图9是经多载波光产生装置后产生10个载波光的光谱图。

频谱搬移的方式除了利用相位调制器外，另外可利用IQ调制器303替换相位调制器203来完成实现多载波光产生装置201，如图10所示结构，所述频率搬移部分由IQ调制器303和震荡器103构成；

耦合器202的输出光经过IQ调制器303，该IQ调制器303是由震荡器103调制的，单一波长光源200产生的输出光经由该震荡器103调制的IQ调制器303后，其输出频率发生搬移；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器208的带宽和中心波长以及震荡器103的输出频率来决定。

IQ调制器303的调制方式为：在IQ调制器303的IQ两路分别加载由震荡器103提供的正弦驱动电压和余弦驱动电压来实现频谱的搬移，搬移的间隔由驱动电压频率决定，其余部件与多载波产生装置201一致。

基于该多载波光产生装置201的还有另外一种实现方式，如图11所示，在图5所示具体实施例的基础上，在该多载波光产生装置201结构中，在2*1耦合器202和相位调制器203之间再插入一个结构相同的多载波光产生装置201，输入的光先经过多载波光产生装置201产生相对较少的载波光，产生的载波光经过相位调制器整体搬移，在可调谐光滤波器的中心波长和带宽的限制下，最终输出多载波光，这种先产生数量较少的载波光而后集体实现频谱搬移最终输出的结构，其生成的载波光频率稳定，低噪声，结构简单灵活。

基于该多载波光产生装置201还有另外一种实现多载波光的方法，如图12所示，在图2所示具体实施例的基础上，级联该多载波光产生装置201，其具体过程如下：单一波长光源200产生输出光后，将其作为输入的光，该输入的光先经过由震荡器103驱动的光调制器104产生相对较少的载波光，再使产生的相对较少的载波光通过多载波光产生装置201，在可调谐光滤波器208的中心波长和带宽的限制下，最终输出多载波光，这种通过级联调制器和多载波光产生装置201的方式，其生成的载波光频率稳定，低噪声，结构简单灵活。

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。

Claims (6)

1.一种产生多载波光的方法，其特征在于，其具体步骤如下：

首先，采用单一波长光源(200)产生输出光，该输出光经多载波光产生装置(201)后，生成多载波光；

所述多载波光产生装置(201)包括：至少一套频率搬移部分，2*1分光比为50∶50的耦合器(202)接收单一波长光源(200)产生的输出光，

耦合器(202)的输出光经过频率搬移部分后，其输出频率发生搬移，得到频率偏移后的光，

该频率偏移后的光送入EDFA(205)放大，所述EDFA为掺铒光纤放大器，

频率偏移后的光经过EDFA(205)放大后，作为1*2分光比为50∶50的耦合器(206)的输入光，

耦合器(206)将输入光分成两路光输出，其中一路作为该多载波光产生装置的输出端，另一路经过偏振控制器(207)后，进入可调谐光滤波器(208)，所述可调谐光滤波器(208)为可调带宽可变中心波长的光滤波器，或为可调中心波长可变带宽的可调谐光滤波器，

经过可调谐光滤波器(208)滤波后，该路频率偏移后的光依次经过偏振控制器(209)、EDFA(210)，最后送入2*1分光比为50∶50的耦合器(202)的另一个输入端口，

频率偏移后的光连同单一波长光源(200)的出射光再次经频率搬移部分频率搬移后，经EDFA(205)放大后，由耦合器(206)一路输出，一路继续循环，这样，单一波长光源(200)输出的光经过在该多载波光产生装置(201)不断循环后，得到多载波光。

2.如权利要求1所述的产生多载波光的方法，其特征在于：所述频率搬移部分由相位调制器(203)和信号发生装置(204)构成；

耦合器(202)的输出光经过相位调制器(203)，该相位调制器(203)是由信号发生装置(204)调制的，单一波长光源(200)产生的输出光经由该信号发生装置(204)调制的相位调制器(203)后，其输出频率发生搬移，搬移的距离由信号发生装置(204)的输出频率决定；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器(208)的带宽和中心波长以及信号发生装置(204)的输出频率来决定。

3.如权利要求1所述的产生多载波光的方法，其特征在于：所述频率搬移部分由IQ调制器(303)和震荡器(103)构成；

耦合器(202)的输出光经过IQ调制器(303)，该IQ调制器(303)是由震荡器(103)调制的，单一波长光源(200)产生的输出光经由该震荡器(103)调制的IQ调制器(303)后，其输出频率发生搬移；

所述多载波光的数量由可调谐光滤波器(208)的带宽和中心波长以及震荡器(103)的输出频率来决定。

4.如权利要求3所述的产生多载波光的方法，其特征在于：IQ调制器(303)的调制方式为：在IQ调制器(303)的IQ两路分别加载由震荡器((103)提供的正弦驱动电压和余弦驱动电压来实现频谱的搬移，搬移的间隔由驱动电压频率决定。

5.如权利要求2所述的产生多载波光的方法，其特征在于：在2*1分光比为50∶50的耦合器(202)和相位调制器(203)间，串联一相同的多载波光产生装置(201)。

6.如权利要求1所述的产生多载波光的方法，其特征在于：单一波长光源(200)产生输出光后，将其作为输入的光，该输入的光先经过由震荡器(103)驱动的光调制器(104)产生相对较少的载波光，再使产生的相对较少的载波光通过多载波光产生装置(201)。

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