CN102393593A - 超短脉冲光源产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超短脉冲光源产生装置，包括：连续光光源，用于产生光信号；电吸收调制单元，用于调制所述连续光光源产生的光信号，产生相对窄的光脉冲信号；相位调制单元，用于对所述经电吸收调制单元调制后的光脉冲信号进行相位调制，引入负啁啾；色散补偿单元，用于对相位调制后的光脉冲信号进行线性啁啾补偿，产生更窄的光脉冲信号。本发明的超短脉冲光源产生装置能够产生高消光比、小基座、窄脉宽、相位稳定、波长可调的脉冲，可以直接用于高速的相位调制信号的光传输系统中，并且本发明装置结构紧凑，性能稳定，简单容易操作。

Description

超短脉冲光源产生装置
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种超短脉冲光源产生装置。
背景技术
通信容量的大幅度需求和增长是信息化社会发展的必然趋势，与此同时数据业务亦呈现出爆炸性增长。光时分复用(OTDM)的概念早在1968年就被提出，但是由于技术条件的限制，直到1988年第一个4x4Gbit/s的OTDM实验系统才由贝尔实验室的Tucker等人完成。OTDM技术是一种能有效克服电子电路带宽“瓶颈”、充分利用低损耗带宽资源的扩充系统传输容量方案。而超短脉冲光源在高速OTDM系统中有着举足轻重的地位，其产生光脉冲的宽度和重复频率决定了系统最大复用速率，而脉冲的质量好坏则影响着系统最大传输距离。由于OTDM通信系统要采用归零码以便在时域上间插不同信号，因此要求低时间抖动、高重复率的超短脉冲源。
目前比较成熟的脉冲产生方法主要有以下几种：①通过锁模激光器产生脉冲。所述锁模激光器包括锁模半导体激光器和锁模光纤激光器。其中锁模半导体激光器的优点是稳定性好(包括相位稳定性)、有较大的波长调谐范围(～100nm)、以及具有高重复频率的超短脉冲光源，但存在出射功率小、脉冲重复频率调节差的问题。锁模光纤激光器具有稳定性较差的问题，很容易出现由于温度变化引起的跳模现象，造成相位不稳定和光谱的波动。②通过强度调制器和相位调制器级联产生脉冲。但是由于强度调制器产生的脉冲占空比相对大，因此线性压缩后的脉冲有比较大的基座，消光比较低。③基于光纤非线性压缩产生脉冲。这种方法需要大功率掺铒光纤放大器(EDFA)和长距离的光纤，产生的脉冲信噪比不高。因此，上述三种脉冲产生方法均难以在高速OTDM系统中普遍应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种超短脉冲光源产生装置，以产生具有重复频率高、脉冲窄、消光比高、基座小、相位稳定性高的光源。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种超短脉冲光源产生装置，包括：
连续光光源，用于产生光信号；
电吸收调制单元，所述电吸收调制单元的输入端与所述连续光光源的输出端光学连接，用于调制所述连续光光源输出的光信号，产生相对窄的光脉冲信号；
相位调制单元，所述相位调制单元的输入端与所述电吸收调制单元的输出端光学连接，用于对所述经电吸收调制单元调制后的光脉冲信号进行相位调制，引入负啁啾；
色散补偿单元，所述色散补偿单元的输入端与所述相位调制单元的输出端光学连接，用于对相位调制后的光脉冲信号进行线性啁啾补偿，产生更窄的光脉冲信号。
优选地，所述装置还包括光放大器，光学连接于所述电吸收调制单元的输出端和所述相位调制单元的输入端之间，用于放大经电吸收调制单元调制后的光脉冲信号。
优选地，所述装置还包括滤波器，光学连接于所述光放大器的输出端和所述相位调制单元的输入端之间，用于对经光放大器放大后的光脉冲信号进行滤波。
优选地，所述装置还包括偏振控制器，设于所述相位调制单元的信号输入端之前，用于调整入射至所述相位调制单元的光脉冲信号的偏振态。
优选地，所述装置还包括：
微波源，用于产生装置所需的射频时钟信号；
第一功分器，用于将所述微波源产生的射频时钟信号分配至所述电吸收调制单元和所述相位调制单元。
优选地，所述装置还包括第二功分器，用于将分配至所述相位调制单元的射频时钟信号分配成两路。
优选地，所述电吸收调制单元包括：
直流偏置电压，用于产生直流信号；
偏置器，加载有射频时钟信号和所述直流偏置电压产生的直流信号，用于合并所述射频时钟信号和所述直流信号；
电吸收调制器，加载有所述偏置器合并后输出的信号，用于对所述连续光光源输出的光信号进行调制，以产生相对窄的光脉冲信号。
优选地，所述电吸收调制单元还包括对加载在所述偏置器上的射频时钟信号进行放大的第一电放大器。
优选地，所述相位调制单元包括：
移相器，加载有射频时钟信号，用于改变所述射频时钟信号的相位，以输出与加载在所述电吸收调制单元的射频时钟信号同步的射频时钟信号；
第二电放大器，用于放大所述移相器输出的射频时钟信号；
相位调制器，用于通过所述放大的射频时钟信号对输入的光脉冲信号进行调制，引入负啁啾。
优选地，所述装置设有两个相位调制单元，所述两个相位调制单元的相位调制器级联设置。
优选地，所述连续光光源产生的光信号波长连续可调。
优选地，所述电吸收调制器为偏振不敏感调制器。
优选地，所述微波源为低相噪微波源。
(三)有益效果
本发明的超短脉冲光源产生装置能够产生高消光比、小基座、窄脉宽、相位稳定、波长可调的脉冲，可以直接用于高速的相位调制信号的光传输系统中，并且本发明装置结构紧凑，性能稳定，简单容易操作。
附图说明
图1为根据本发明实施例超短脉冲光源产生装置的结构示意图；
图2a和图2b分别为根据本发明实施例经过电吸收调制单元调制后光脉冲信号的光谱图和波形图；
图3a和图3b分别为根据本发明实施例经过色散补偿后输出的光脉冲信号的光谱图和波形图；
图4a为将本发明实施例产生的脉冲序列经过I/Q调制器进行差分正交相移键控(DQPSK)调制后，复用到160Gbaud，解复用和解调后得到的I路清晰的眼图；
图4b为将本发明实施例产生的脉冲序列经过I/Q调制器进行DQPSK调制后，复用到160Gbaud，解复用和解调后得到的Q路清晰的眼图。
其中：1：连续光光源；2：电吸收调制单元；3：相位调制单元；4：色散补偿单元；5：光放大器；6：滤波器；7：偏振控制器；8：微波源；9：第一功分器；10：第二功分器；21：直流偏置电压；22：偏置器；23：电吸收调制器；24：第一电放大器；31：移相器；32：第二电放大器；33：相位调制器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
图1为根据本发明实施例超短脉冲光源产生装置的结构框图。如图1所示，本实施例所述超短脉冲光源产生装置包括：
连续光光源1，例如为波长可调谐的连续光激光器，用于产生光信号；
电吸收调制单元2，所述电吸收调制单元2的输入端与所述连续光光源1的输出端光学连接，用于调制所述连续光光源1输出的光信号，产生相对窄的光脉冲信号；
相位调制单元3，所述相位调制单元3的输入端与所述电吸收调制单元2的输出端光学连接，用于对所述经电吸收调制单元2调制后的光脉冲信号进行相位调制，引入负啁啾；
色散补偿单元4，所述色散补偿单元4的输入端与所述相位调制单元3的输出端光学连接，用于对相位调制后的光脉冲信号进行线性啁啾补偿，产生更窄的光脉冲信号。
所述装置还包括光放大器5，例如低噪声的掺铒光纤放大器，其光学连接于所述电吸收调制单元2的输出端和所述相位调制单元3的输入端之间，用于放大经电吸收调制单元2调制后的光脉冲信号。
所述装置还包括滤波器6，例如带通滤波器，光学连接于所述光放大器5的输出端和所述相位调制单元3的输入端之间，用于对经光放大器5放大后的光脉冲信号进行滤波，以滤除光脉冲信号中含有的所述光放大器5的自发辐射噪声(ASE)。
所述装置还包括偏振控制器7，设于所述相位调制单元3的信号输入端之前，用于调整入射至所述相位调制单元3的光脉冲信号的偏振态，使得所述光脉冲信号对准所述相位调制单元3输入端的轴。
所述装置还包括：
微波源8，用于产生装置所需的射频时钟信号；
第一功分器9，用于将所述微波源8产生的射频时钟信号分配至所述电吸收调制单元2和所述相位调制单元3。
所述装置还包括第二功分器10，用于将分配至所述相位调制单元3的射频时钟信号分配成两路。
所述第一功分器9和第二功分器10可以为功率均匀分配的功分器。
当然，本发明还可以使用其它方法获得所述电吸收调制单元2和相位调制单元3所需的射频时钟信号。
所述电吸收调制单元2包括：
直流偏置电压21，用于产生直流信号；
偏置器22，加载有射频时钟信号和所述直流偏置电压21产生的直流信号，用于合并所述射频时钟信号和所述直流信号；
电吸收调制器23，加载有所述偏置器22合并后输出的信号，用于对所述连续光光源1输出的光信号进行调制，以产生相对窄的光脉冲信号。
所述电吸收调制单元2还包括对加载在所述偏置器22上的射频时钟信号进行放大的第一电放大器24。
所述相位调制单元3包括：
移相器31，加载有射频时钟信号，用于改变所述射频时钟信号的相位，以输出与加载在所述电吸收调制单元2的射频时钟信号同步的射频时钟信号；
第二电放大器32，输入端与所述移相器31的输出端连接，用于放大所述移相器31输出的射频时钟信号；
相位调制器33，加载有所述第二放大器32输出的射频时钟信号，用于通过所述射频时钟信号对输入的光脉冲信号进行调制，引入负啁啾。
所述装置设有两个相位调制单元3，所述两个相位调制单元3的相位调制器33级联设置。其中第一级相位调制器33的输入端与所述偏振控制器7的输出端光学连接，第二级相位调制器33的输入端与第一级相位调制器33的输出端光学连接。
所述色散补偿单元4可以为色散补偿光纤，其输入端与所述第二级的相位调制器33的输出端连接。
所述连续光光源1产生的光信号经过所述电吸收调制单元2调制后成为相对窄的脉冲光信号；再分别经过所述光放大器5放大、所述滤波器6滤波以及所述偏置控制器7调整偏振态之后输入至所述第一级的相位调制器33；所述第一级的相位调制器33在射频时钟信号作用下，使得输入的光脉冲信号得到相位调制，引入负啁啾，展宽了光谱；然后所述光脉冲信号进入所述第二级的相位调制器33，在输入的射频时钟信号的作用下，所述光脉冲信号的光谱进一步得到展宽；最后再经过所述色散补偿光纤补偿线性的啁啾从而实现压缩脉冲。
通过参考以下具体实施例可以更清楚地理解本发明。
所述连续光光源1输出波长设为1550nm、输出功率为7dBm的光信号进入所述电吸收调制器23中，加载在所述电吸收调制器23上的射频时钟信号Vp-p＝3V，直流偏置电压为-1.2V，所述电吸收调制器23调制后输出的光脉冲信号经过作为光放大器5的EDFA放大至20dBm，再经过一3nm的滤波器6滤除ASE噪声后，通过偏振控制器7调节偏振态进入两个级联的相位调制器33，加载在两个相位调制器33上的射频功率均为1W，通过调节两个移相器31使得加载在所述电吸收调制器23和所述相位调制器33上的射频时钟信号同步，级联的两个相位调制器33对光脉冲信号进行相位调制之后，所述光脉冲信号进入作为色散补偿单元4的30米长、累计色散为-3.3ps/nm的色散补偿光纤，最后得到压缩的脉冲。
通过光谱仪和500GHz光采样示波器分别对经过所述电吸收调制器2调制后的光脉冲信号以及经过所述色散补偿光纤后的光脉冲信号进行观测。
图2a和2b分别是经过所述电吸收调制器2调制后的光脉冲信号的光谱图和波形图。如图2a和2b可知，所述电吸收调制器2产生的光脉冲信号的脉冲宽度为6.7ps，3dB光谱宽度为0.59nm。可见所述电吸收调制器2产生的脉冲比同样情况下用马赫曾德尔强度调制器产生的脉冲(10ps)小，因此产生的脉冲基座小，消光比高。
图3a和3b是经过所述色散补偿光纤后的光脉冲信号的光谱图和波形图。如图2a和2b可知，经过本实施例装置处理后可以得到2.11ps的窄脉冲，其消光比为25.3dB。从光谱图上可以看出光信噪比为43dB。完全能够满足160Gbaud的OTDM系统应用。
图4a和4b分别为将本发明实施例产生的脉冲序列经过I/Q调制器进行DQPSK调制后、复用到160Gbaud、解复用和解调后得到的I路和Q路清晰的眼图；由图4a和4b可以看出，本实施例的装置产生的光脉冲信号相位稳定，可以用于相位调制的系统中。因此本发明适于用高速的OTDM传输系统中，结构简单紧凑，可以提高系统性能。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种超短脉冲光源产生装置，其特征在于，包括：
连续光光源(1)，用于产生光信号；
电吸收调制单元(2)，所述电吸收调制单元(2)的输入端与所述连续光光源(1)的输出端光学连接，用于调制所述连续光光源(1)输出的光信号，产生相对窄的光脉冲信号；
相位调制单元(3)，所述相位调制单元(3)的输入端与所述电吸收调制单元(2)的输出端光学连接，用于对所述经电吸收调制单元(2)调制后的光脉冲信号进行相位调制，引入负啁啾；
色散补偿单元(4)，所述色散补偿单元(4)的输入端与所述相位调制单元(3)的输出端光学连接，用于对相位调制后的光脉冲信号进行线性啁啾补偿，产生更窄的光脉冲信号。
2.如权利要求1所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置还包括光放大器(5)，光学连接于所述电吸收调制单元(2)的输出端和所述相位调制单元(3)的输入端之间，用于放大经电吸收调制单元(2)调制后的光脉冲信号。
3.如权利要求2所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置还包括滤波器(6)，光学连接于所述光放大器(5)的输出端和所述相位调制单元(3)的输入端之间，用于对经光放大器(5)放大后的光脉冲信号进行滤波。
4.如权利要求1所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置还包括偏振控制器(7)，设于所述相位调制单元(3)的信号输入端之前，用于调整入射至所述相位调制单元(3)的光脉冲信号的偏振态。
5.如权利要求1所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置还包括：
微波源(8)，用于产生装置所需的射频时钟信号；
第一功分器(9)，用于将所述微波源(8)产生的射频时钟信号分配至所述电吸收调制单元(2)和所述相位调制单元(3)。
6.如权利要求5所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置还包括第二功分器(10)，用于将分配至所述相位调制单元(3)的射频时钟信号分配成两路。
7.如权利要求1或5所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述电吸收调制单元(2)包括：
直流偏置电压(21)，用于产生直流信号；
偏置器(22)，加载有射频时钟信号和所述直流偏置电压(21)产生的直流信号，用于合并所述射频时钟信号和所述直流信号；
电吸收调制器(23)，加载有所述偏置器(22)合并后输出的信号，用于对所述连续光光源(1)输出的光信号进行调制，以产生相对窄的光脉冲信号。
8.如权利要求7所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述电吸收调制单元(2)还包括对加载在所述偏置器(22)上的射频时钟信号进行放大的第一电放大器(24)。
9.如权利要求1或5或6所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述相位调制单元(3)包括：
移相器(31)，加载有射频时钟信号，用于改变所述射频时钟信号的相位，以输出与加载在所述电吸收调制单元(2)的射频时钟信号同步的射频时钟信号；
第二电放大器(32)，用于放大所述移相器(31)输出的射频时钟信号；
相位调制器(33)，用于通过所述放大的射频时钟信号对输入的光脉冲信号进行调制，引入负啁啾。
10.如权利要求9所述的超短脉冲光源产生装置，其特征在于，所述装置设有两个相位调制单元(3)，所述两个相位调制单元(3)的相位调制器(33)级联设置。
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