CN103036621B - 一种基于循环移频方式梳状谱发生系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统及其应用方法。本系统包括外腔半导体激光器、3dB耦合器、偏振控制器、IQ调制器、相位调制器、光频率谱分析仪、余弦微波信号源、移相器、移相器、掺铒光纤放大器、光滤波器、光可调延时线、直流偏置电源以及一段光纤构成。本发明是对IQ调制器分别输入余弦射频信号、反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号以及反向的同频正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压就可产生光载波的下变频信号，而下变频频率为四个RF电极输入频率，耦合的种子光和生成的光载波的下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器调制，通过掺铒光纤放大器合理的增益条件和光滤波器带宽的选择，就能获得平坦梳状谱。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统及其应用方法。
背景技术
接入网是现代通信网的重要组成部分。近年来，接入网特别是光接入网发展迅速，APON、EPON、GPON、Hybrid WDM/TDM-PON、OFDM-PON等概念快速涌现。特别是OFDM-PON，引起了人们的极大关注。利用光学的方法生成多波长相干光源是实现全光连续OFDM-PON 通信的基础。目前已知采用“光电混合调制多谐波产生技术”、“循环移频器”以及“非线性光学扩频”等方法有望能够获得多波长相干光源，梳状谱发生器作为产生多波长光源的一种技术应运而生。对于梳状谱产生技术的研究，国际进展十分缓慢，鲜有适合于真实应用的方案。目前仅有以下几种方法来实现平坦梳状谱的梳状谱发生器： 1）锁模方式（Mode Locking）：该方式采用锁模激光器，对调制产生的各个边模进行处理。但基本以实验室理想环境下的可实现为主，从系统结构的角度来看，系统复杂且器件价格昂贵，很难实现商业化和实用化；2）直接生成方式：在国际上能生成16根及其以上数目平坦梳状谱的直接生成方案较少，该方案需要极大的射频驱动功率，工作效率不高，也很难得到实际应用；3）移频生成方式：该方案首先是由加拿大渥太华大学提出，主要利用了调制器载波抑制调制技术，系统需要两个调制器以及一个双向的光滤波器，系统结构也较为复杂，也很难在实际应用中得到普及。现有梳状谱发生器技术很难满足稳定、平坦、结构简单等关键要求，还有许多问题亟待解决。本发明采用基于循环移频的方法，不仅克服了现有梳状谱发生技术为了生成平坦的梳状谱的系统复杂性、可靠性和稳定性，还克服了由于环路延时造成的光相位噪声对平坦梳状谱的影响。在产生所需梳状谱线根数的前提下，减小了噪声对梳状谱的影响，能够得到平坦和稳定的梳状谱。
发明内容
本发明针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统及其应用方法，能有效地降低系统复杂度，提高输出梳状谱的平坦度和稳定性，并减小系统内噪声对梳状谱的不利影响，得到平坦度和稳定性良好的梳状谱。
本发明的构思是：一个外腔半导体激光器ECL经过一个3dB耦合器向环路中注入种子光，经环路调制后在3dB耦合器的输出端输出，并经过相位调制器PM调制，最终得到平坦稳定的梳状谱。该方法可以有效地提高梳状谱的平坦度和稳定性，降低环路时延和噪声影响。
根据上述发明构思，本发明采用以下方案：
一种基于循环移频方式的梳状谱发生器，系统包括IQ调制器和环路。其特征在于：一个外腔半导体激光器ECL输出口与一个3dB耦合器的第一输入端口1'相连，而环路光调制器调制后的信号经一个偏振控制器PC与所述3dB耦合器的第二输入口2'相连，所述的3dB耦合器第一输出端口4'经过一个相位调制器PM与一个光频谱分析仪OSA相连，所述3dB耦合器第二输出端口3'连接所述IQ调制器，IQ调制器输出端口连接一个掺铒光纤放大器EDFA，所述掺铒光纤放大器EDFA输出口连接一个光滤波器，所述光滤波器输出口连接一个光可调延时线，该光可调延时线输出口经过光纤链路与所述的偏振控制器PC输入端口相连；2）所述IQ调制器的结构：包括一个第一双电极MZ调制器DD-MZM1和一个第二双电极MZ调制器DD-MZM2；所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第一RF电极连接一个微波信号源信号输出口，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第一直流电极连接一个 电压源，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第二RF电极经过一个移相器与所述微波信号源信号输出口相连，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第二直流电极接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第一RF电极经过一个移相器与所述微波信号源信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2第一直流电极连接一个电压源，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第二RF电极经过一个移相器和一个移相器与所述微波信号源信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第二直流电极接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2输出经过一个电压产生移相与第一双电极MZ调制器DD-MZM1合并输出。
一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统应用方法，采用上述基于循环移频方式的梳状谱发生器系统，其特征在于：所述外腔半导体激光器ECL输出种子光到3dB耦合器第一输入端口1'，该3dB耦合器第二输出端口3'连接IQ调制器输入口，所述IQ调制器经过环路中的掺铒光纤放大器EDFA、光滤波器、光可调延时线、环路光纤链路和偏振控制器PC连接3dB耦合器第二输入端口2'，该3dB耦合器第一输出端口4'经过相位调制器PM连接光频率谱分析仪OSA。对IQ调制器分别输入余弦射频信号、反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号以及反向的同频正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压产生光载波的下变频信号，而下变频频率为四个RF电极输入频率，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波的下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器调制，通过掺铒光纤放大器EDFA合理增益条件和光滤波器带宽选择，获得所需根数的平坦梳状谱。具体表现为：所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第一RF电极和第二RF电极、第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第一RF电极和第二RF电极分别输入余弦射频信号和反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号和反向的同频正弦射频信号，并使第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第一直流电极和第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第一直流电极分别连接一个第一电压源和一个第二电压源，使第一双电极MZ调制器DD-MZM1的第二直流电极和第二双电极MZ调制器DD-MZM2的第二直流电极分别接地，可产生光载波下变频信号，下变频频率为RF电极输入频率。生成的下变频信号经过掺铒光纤放大器EDFA、光滤波器、光可调延时线、环路光纤链路和偏振控制器PC与外腔半导体激光器ECL输入的种子光在3dB耦合器耦合，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器调制，在掺铒光纤放大器EDFA合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；光滤波器带宽决定梳状谱的根数，当下变频产生的梳状谱频率超过光滤波器通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。
本发明与现有技术相比较，具有如下显著的实质性特点和显著优点：1）系统利用基于循环移频的方法，可以降低对射频驱动功率的要求和系统复杂度，提高输出梳状谱的平坦度和稳定性，；2）本系统采用光可调延时线，可以减小光时延差对梳状谱的影响，提高谱线相干性；3）本系统利采用掺铒光纤放大器，其具有噪声系数小，性能优越的特点；4）本系统添加一个相位调制器，可以有效减小环路循环次数，降低放大器噪声的影响。
附图说明
图1为本发明的一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统结构示意图。
图2为图1系统中IQ调制器结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的优选实施例子如下：
实施例一：
参见图1~图2，本基于循环移频方式的梳状谱发生系统：一个外腔半导体激光器ECL（1）输出口与一个3dB耦合器（2）的第一输入端口（1'）相连，而环路光调制器调制后的信号经一个偏振控制器PC（8）与所述3dB耦合器（2）的第二输入口（2'）相连，所述的3dB耦合器（2）第一输出端口（4'）经过一个相位调制器PM（9）与一个光频谱分析仪OSA（10）相连，所述3dB耦合器（2）第二输出端口（3'）连接一个IQ调制器（3），所述IQ调制器（3）输出端口连接一个掺铒光纤放大器EDFA（4），所述掺铒光纤放大器EDFA（4）输出口连接一个光滤波器（5），所述光滤波器（5）输出口连接一个光可调延时线（6），该光可调延时线（6）输出口经过光纤链路（7）与所述的偏振控制器PC（8）输入端口相连；IQ调制器（3）由并联的两个双电极MZ调制器（13,22）构成，3dB耦合器（2）的第二输出端口（3'）连接由并联的双电极MZ调制器（13，22）组成的IQ调制器（3）；其中，所述IQ调制器（3）包括一个第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）和一个第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）；所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第一RF电极（14）连接一个微波信号源（15）信号输出口，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第一直流电极（17）连接一个第一电压源（19），所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第二RF电极（16）经过一个移相器（12）与所述微波信号源（15）信号输出口相连，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第二直流电极（18）接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第一RF电极（23）经过一个移相器（20）与所述微波信号源（15）信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）第一直流电极（25）连接一个第二电压源（27），所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第二RF电极（24）经过一个移相器（21）和一个移相器（20）与微波信号源（15）信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第二直流电极（26）接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）输出经过一个电压（28）产生移相与第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）合并输出。
实施例二：
参见图1~图2，本基于循环移频方式的梳状谱发生器应用方法，采用上述系统进行操作。外腔半导体激光器ECL（1）输出种子光到3dB耦合器（2）第一输入端口（1'），该3dB耦合器（2）第二输出端口（3'）连接IQ调制器（3）输入口，该IQ调制器（3）经过环路中的掺铒光纤放大器EDFA（4）、光滤波器（5）、光可调延时线（6）、环路光纤链路（7）和偏振控制器PC（8）连接3dB耦合器（2）第二输入端口（2'），该3dB耦合器（2）第一输出端口（4'）经过相位调制器PM（9）连接光频率谱分析仪OSA（10）。对IQ调制器（3）分别输入余弦射频信号、反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号以及反向的同频正弦信号，并在直流电极上加适当的偏压产生光载波的下变频信号，而下变频频率为四个RF电极输入频率，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波的下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器（3）调制，通过掺铒光纤放大器EDFA（4）合理增益条件和光滤波器（5）带宽选择，可以获得所需根数的平坦梳状谱。具体表现为：所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第一RF电极（14）和第二RF电极（16）、第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第一RF电极（23）和第二RF电极（24）分别输入余弦射频信号和反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号和反向的同频正弦信号，并使第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第一直流电极（17）和第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第一直流电极（25）分别连接第一电压源（19）和第二电压源（27），使第一双电极MZ调制器DD-MZM1（13）的第二直流电极（18）和第二双电极MZ调制器DD-MZM2（22）的第二直流电极（26）分别接地，可产生光载波下变频信号，下变频频率为RF电极输入频率。生成的下变频信号经过掺铒光纤放大器EDFA（4）、光滤波器（5）、可调延时线（6）、环路光纤链路（7）和偏振控制器PC（8）与外腔半导体激光器ECL（1）输入的种子光在3dB耦合器（2）耦合，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器（3）调制，在掺铒光纤放大器EDFA（4）合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；光滤波器（5）带宽决定梳状谱的根数，当下变频产生的梳状谱频率超过光滤波器（5）通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。
Claims (2)
1.一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统，包括IQ调制器(3)和环路，其特征在于：
1)所述环路的结构：一个外腔半导体激光器ECL(1)输出口与一个3dB耦合器(2)的第一输入端口(1')相连，而环路光调制器调制后的信号经一个偏振控制器PC(8)与所述3dB耦合器(2)的第二输入口(2')相连，所述的3dB耦合器(2)第一输出端口(4')经过一个相位调制器PM(9)与一个光频谱分析仪OSA(10)输入端口相连，所述3dB耦合器(2)第二输出端口(3')连接所述IQ调制器(3)输入端口，IQ调制器(3)输出端口连接一个掺铒光纤放大器EDFA(4)输入端口，所述掺铒光纤放大器EDFA(4)输出口连接一个光滤波器(5)输入端口，所述光滤波器(5)输出口连接一个光可调延时线(6)输入端口，该光可调延时线(6)输出口经过光纤链路(7)与所述的偏振控制器PC(8)输入端口相连；
2)所述IQ调制器(3)的结构：包括一个第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)和一个第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)；所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第一RF电极(14)连接一个微波信号源(15)信号输出口，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第一直流电极(17)连接一个第一Vπ电压源(19)，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第二RF电极(16)经过一个π移相器(12)与所述微波信号源(15)信号输出口相连，所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第二直流电极(18)接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第一RF电极(23)经过一个π/2移相器(20)与所述微波信号源(15)信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)第一直流电极(25)连接一个第二Vπ电压源(27)，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第二RF电极(24)经过一个π移相器(21)和一个π/2移相器(20)与微波信号源(15)信号输出口相连，所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第二直流电极(26)接地；所述第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)输出经过一个Vπ/2电压(28)产生π/2移相与第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13) 合并输出。
2.一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统应用方法，采用根据权利要求1所述的一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统，其特征在于：所述外腔半导体激光器ECL(1)输出种子光到3dB耦合器(2)第一输入端口(1')，该3dB耦合器(2)第二输出端口(3')连接IQ调制器(3)输入口，该IQ调制器(3)经过环路中的掺铒光纤放大器EDFA(4)、光滤波器(5)、光可调延时线(6)、环路光纤链路(7)和偏振控制器PC(8)连接3dB耦合器(2)第二输入端口(2')，该3dB耦合器(2)第一输出端口(4')经过相位调制器PM(9)连接光频率谱分析仪OSA(10)；对IQ调制器(3)分别输入余弦射频信号、反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号以及反向的同频正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压产生光载波的下变频信号，而下变频频率为四个RF电极输入频率，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波的下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器(3)调制，通过掺铒光纤放大器EDFA(4)合理增益条件和光滤波器(5)带宽选择，获得所需根数的平坦梳状谱；具体表现为：所述第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第一RF电极(14)和第二RF电极(16)、第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第一RF电极(23)和第二RF电极(24)分别输入余弦射频信号和反向的余弦射频信号、同频的正弦射频信号和反向的同频正弦射频信号，并使第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第一直流电极(17)和第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第一直流电极(25)分别连接一个第一Vπ电压源(19)和一个第二Vπ电压源(27)，使第一双电极MZ调制器DD-MZM1(13)的第二直流电极(18)和第二双电极MZ调制器DD-MZM2(22)的第二直流电极(26)分别接地，可产生光载波下变频信号，下变频频率为RF电极输入频率；生成的下变频信号经过掺铒光纤放大器EDFA(4)、光滤波器(5)、光可调延时线(6)、环路光纤链路(7)和偏振控制器PC(8)与外腔半导体激光器ECL(1)输入的种子光在3dB耦合器(2)耦合，生成的信号和耦合的种子光以及生成的光载波下变频光成分不断地在环路中被IQ调制器(3)调制，在掺铒光纤放大器EDFA(4)合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；光滤波器(5)带宽决定梳状谱的根数，当下变频产生的梳状谱频率超过光滤波器(5)通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150729 Termination date: 20181219 |
|
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