CN102882667A

CN102882667A - 基于n波长注入与n倍频单边带频移环路的多载波产生装置

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Publication number: CN102882667A
Application number: CN201210383266XA
Authority: CN
Inventors: 迟楠; 张俊文; 余建军
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: CN102882667B

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置。其结构是由N波长的光源，光耦合器，光放大器，N倍频的单边带光频移模块，带通滤波器以及偏振控制器构成的光纤环路，通过控制合适的偏置条件与环路条件，耦合器的一个输出口能输出高信噪比、数量大的平坦多载波。本发明作为一种多载波产生装置，结构简单、成本低、可靠性高，产生的光多载波数量大、信噪比高，能作为多载波或多波长源用在高速光通信、光学测量、光传感等领域。

Description

基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置。

背景技术

最近一段时间，频率锁定的光多载波或光梳多波长产生技术引起了广泛的研究兴趣，因为其作为超宽带光源在光通信、微波光子、光任意波形发生器以及光测量信号处理等领域的应用。特别是在Tb/s甚至以上速率的通行中，多波长技术被广泛的应用，包括相干的密集波分复用系统，光正交频分复用系统等。通常而言，产生多载波的方法主要有以下几种：光梳和超连续谱技术，级联的相位调制器或强度调制器技术，循环频移环路技术等。最新的报道包括5.4Tb/s的全光OFDM信号正是基于光的超连续谱产生技术。然而，由于这种产生方法的光信噪比低，无法适用于长距离的传输。级联的相位调制和强度调制器产生多载波比较简单而且输出稳定，但是其产生的载波数量有限，其产生的数量强烈的依赖于驱动的射频电压的大小。最新的报道，基于级联调制器产生的1.96Tb/s的全光OFDM方案中，载波数量为21条。

传统的单一倍频的单边循环频移环路技术能产生数量较多的多载波，但是由于每次只能产生一条载波，产生的多载波的数量严格依赖于循环的次数，因此产生的载波的信噪比随着载波数量而不断劣化。

基于上述事实，本发明提出了一种基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置，使每次产生的多载波不是单一的，而是成倍产生，这样可以有效的降低循环的次数，从而降低信噪比下降的趋势，产生稳定、平坦、信噪比高的多载波。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够产生稳定、平坦、信噪比高的多载波的装置。

本发明提出的多载波的产生装置，是一种基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置，其结构是由N波长的光源，光耦合器，光放大器，N倍频的单边带光频移模块，带通滤波器以及偏振控制器构成的光纤环路，通过控制合适的偏置条件与环路条件，光耦合器的一个输出口能输出高信噪比、数量大的平坦多载波。本发明作为一种多载波产生装置，结构简单、成本低、可靠性高，产生的光多载波数量大、信噪比高，能作为多载波或多波长源用在高速光通信、光学测量、光传感等领域。

本发明提出的基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置，其结构如图1所示。所述频移环路由以下几个部分依次电路连接组成：光耦合器12，N倍频的单边带频移模块13，光放大器16，宽带光带通滤波器15，偏振控制器14；N波长的多波长源11与光耦合器12连接，作为频移环路的种子光源；环路的一个输入口用于N波长光源注入，一个输出口用于产生的多载波的输出；整个环路由光纤链路17连接构成。其中：

N倍的单边带光频移模块13，用来不断的在频移环路中产生单一方向的频移，最终产生多载波输出；其中，N为大于1的自然数。

光放大器16，用于补偿频移环路的功率损伤，包括各个器件的插损、单边带频移的调制功率损耗、光耦合器的输出等；

宽带光带通滤波器15，用于控制整个装置输出多载波的数量和范围，只有在带通滤波器范围之内的多载波才会输出；

光偏振控制器14，用于提高环路稳定性，包括偏振、温度、震动等。

本发明中，所述N波长源的频率间隔固定，输出各个波长的功率相同，是一种平坦的频率锁定的光多波长源。

本发明中，所述的N倍频单边带光频移模块，能产生单一方向的频移，并且其频移的大小为N倍的注入N波长源的频率间隔。也就是说，能产生N倍于前述的频率间隔的单一方向的频移。

本发明中，所述的光带通滤波器，是带通范围是N载波源，以及在某一波长方向（长波长或短波长）的带通滤波器，其带通范围的大小，决定输出多载波的数量和频谱范围。

图2为本发明的原理图。N波长的光源Ec具有固定的频率间隔fs和相同的光功率，可以表示为：

Figure 201210383266X100002DEST_PATH_IMAGE002

（1）

此处，f0是第一个光波长的频率，fs是光源的固定光频率间隔，E0 是N波长光源的各波长载波的电场强度。在实际的利用中，N波长的光源可以采用N个分立的光源耦合而成，也可以由一个光源通过外调制等方式产生。在环路中，若采用了N倍频的单边带频移模块，则可以一次产生N个频移了的多载波，其载波间隔也是fs，而整个N波长都频移了Nfs，经过单边带的频移后的信号的输出E_MFS可表示为：

Figure 201210383266X100002DEST_PATH_IMAGE004

(2)

其中，A为频移系数，用于表征频移前后的幅度或功率系数。考虑到环路，这些新产生的N载波在环路中分为两部分，一部分输出了，一部分与N波长的光源耦合在一起进入环路，并再次进行新的频移。因此，新的N个载波产生了，并整体都频移了Nfs。如此，这样一圈一圈的下来，就可以产生越来越多的载波。同时，在每一圈的信号产生中，输出信号通过耦合输入后注入光放大器来补偿环路的损失。考虑了光放大器和单载波频移模块的环路的传递函数F _M (t)可以表示为：

Figure 201210383266X100002DEST_PATH_IMAGE006

(3)

其中，g _r表示环路的放大器的增益系数，a _r表示环路的损耗系数，θ _r表示环路相移。为了稳定输出，放大器增益要能补偿环路损耗，即满足g _rexp(-a _r)=1。这样，最终的基于N波长注入的N倍频频移环路的多载波输出E _{out_M} (t)可以表示为下式：

Figure 201210383266X100002DEST_PATH_IMAGE008

(4)

其中，M为稳定输出的有效的环路次数，其值由宽带的带通滤波器带宽B所决定。如此，循环次数M=B/Nfs。

我们可以看到，对于传统的一倍频移的单边带频移环路，因为每次只有一次多载波产生，这样有效的循环次数为K=MN=B/fs。因此，通过采用N多载波的注入和N倍频的频移，能有效的降低循环的次数，将有效循环次数降低到一倍频频移的1/N。由于载波串扰和ASE噪声同有效循环次数密切相关，载波的串扰和ASE噪声由于循环次数的积累而不断积累。

因此，降低循环次数意味着能有效的ASE噪声的影响。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1. 能有效的降低循环频移环路的有效循环次数，降低ASE噪声和串扰的积累效应，从而提高信号的输出信噪比；

2. 作为一种多载波产生装置，结构简单、成本低、可靠性高，产生的光多载波数量大；

3. 相比于其他结构，由于是单边带的频移，相对于双边带的频移而言，环路更为稳定；

总之，基于上述优点本发明提出的方案能作为多载波或多波长源用在高速光通信、光学测量、光传感等领域。

附图说明

图1. 一种基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置示意图。

图2. N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生原理图。

图3. 两分立光源耦合输入的两倍频频移环路多载波产生实验图。

图4. 光谱图。其中，（a）两分立波长注入的光谱图，（b）经过I/Q调制器单边带频移后产生的新的载波的光谱图。

图5. 分立光源注入的整个环路输出的多载波的光谱图。

图6. 基于单光源产生的两波长注入两倍频频移环路实验装置图。

图7. （a）载波抑制调制后产生的结果；（b）经过滤波后得到的双波长光谱图；（c）经过I/Q调制器后产生的单边带频移的新载波光谱图。

图8. 基于单波长载波抑制后产生的两波长注入与两倍频频移的最终输出结果。

图9. 两种不同的两波长注入两倍频方案所产生的载波同单倍频方案在信噪比随载波数量变化的曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示为一个两波长耦合注入两倍频频移环路的多载波产生实验装置图。此处，我们以N=2即两个波长和两倍频为例，来说明本发明的一种实现情形。在图3中，两波长是由两个独立的ECL耦合产生，其波长分别为1553.39nm和1553.75nm，它们的输出功率一直。而单边带的产生则由一个射频驱动的I/Q调制器来实现。通过适当的偏置，可以再I/Q调制器上实现单边带的产生。实验中，为了实现载波间隔为15GHz的光多载波，其驱动的射频信号为30GHz。一个EDFA掺铒光纤放大器用来补偿环路中的损失，其输出的光功率定位23dBm。EDFA的噪声系数为5dB。如图4（a）所示为两个载波光谱，而图4（b）为当驱动为30GHz时的I/Q调制器的输出结果。可以看出，整个载波在原来的基础上频移了30GHz。通过I/Q调制器，能每次产生2个新的频移了的载波。图5显示了整个输出的多载波的光谱图。可以看出，超过95条频率锁定的频率间隔为15GHz覆盖从1553.63 到 1565.07 nm的多载波，且多载波的信噪比要大于25.3dB，其覆盖的范围超过了11nm。

图6是基于单波长产生的两波长注入两倍频频移环路的多载波产生实验装置图。其环路的设置同图3是一致的，而两波长的注入采用不是分立的光源而是基于载波抑制的两波长产生。通过射频驱动强度调制器调制激光器输出光源，并偏振在0电压点，能产生载波抑制效果，其结果就是调制后输出了两波长。图7（a）是单波长的激光器通过载波抑制后输出的结果，可以看出产生了两个间隔为0.36nm的双载波，如图中所标出的。此后，经过滤波器滤出这两个载波，如图7（b）所示。这样作为双波长的注入两倍频循环环路中的I/Q调制单边带调制之后也可以产生两倍频频移，如图7（c）所示。图8给出了最终的整个环路的输出结果，可以看出，多于95条的覆盖超过11nm从1553.81到1562.26nm的多载波产生了，而且其信噪比大于23.3dB。图9给出了两种本发明提出的基于两波长注入和两倍频频移的实现方案的结果与单倍频频移产生的结果的信噪比随着载波数量的变化的对比图。可以看出，尽管通过两种两波长产生于注入方式有所不同，产生的载波性能有2dB的差别，但是通过采用本发明提出的方法，其信噪比依然分别提高了8dB和10dB，输出的光载波的性能得到了大幅度的提升。因此，本发明所提出的方案相比于传统的单倍频方案具有很大的优势。

Claims

1. 基于N波长注入与N倍频单边带频移环路的多载波产生装置，其特征在于所述频移环路由以下几个部分依次电路连接组成：光耦合器，N倍频的单边带频移模块，光放大器，宽带光带通滤波器，偏振控制器；N波长的多波长源与光耦合器连接，作为频移环路的种子光源；环路的一个输入口用于N波长多波光源注入，一个输出口用于产生的多载波的输出；整个环路由光纤链路连接构成；其中：

N倍的单边带光频移模块，用来不断的在频移环路中产生单一方向的频移，最终产生多载波输出；其中，N为大于1的自然数。

2.光放大器，用于补偿频移环路的功率损伤，该功率损伤包括各个器件的插损、单边带频移的调制功率损耗、光耦合器的输出损耗；

宽带光带通滤波器，用于控制整个装置输出多载波的数量和范围，只有在带通滤波器范围之内的多载波才会输出；

光偏振控制器，用于提高环路稳定性，包括偏振、温度、震动。

3. 如权利要求1所述的多载波产生装置，其特征在于，所述N波长的多波长源的频率间隔固定，输出各个波长的功率相同，是一种平坦的频率锁定的光多波长源。

4. 如权利要求1所述的多载波产生装置，其特征在于，所述的N倍频单边带光频移模块，能产生单一方向的频移，并且其频移的大小为N倍的注入N波长源的频率间隔。

5. 如权利要求1所述的多载波产生装置，其特征在于，所述的光带通滤波器，是带通范围是N载波源及在某一波长方向的带通滤波器，其带通范围的大小，决定输出多载波的数量和频谱范围。