CN103220045A - 基于强度调制循环移频梳状谱发生系统及其应用方法 - Google Patents

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CN103220045A CN2013101457698A CN201310145769A CN103220045A CN 103220045 A CN103220045 A CN 103220045A CN 2013101457698 A CN2013101457698 A CN 2013101457698A CN 201310145769 A CN201310145769 A CN 201310145769A CN 103220045 A CN103220045 A CN 103220045A
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李玉龙
伍仕宝
汤磊
费玥
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Abstract

本发明涉及一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统及其应用方法。本系统包括一个半导体激光器、一个强度调制器、一个光耦合器、一个偏振控制器、一个IQ调制器、一个光频率谱分析仪、两个余弦微波信号源、两个移相器、两个移相器、一个光放大器、一个带通滤波器、一个光可调延时线、四个直流偏置电源以及一段任意长度但尽可能短的光纤。本发明中半导体激光器经强度调制器产生种子光，耦合的种子光被IQ调制器调制，环路不断产生新频率成分的谱线，通过光放大器合理的增益条件和带通滤波器带宽的选择，就能获得平坦梳状谱。本发明利用一个种子光源进行扩展，减少环路循环次数，在较低噪声积累的情况下得到所需要的平坦且稳定的梳状谱。

Description

基于强度调制循环移频梳状谱发生系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体是涉及一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统及其应用方法。
背景技术
OFDM-PON（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Positive Optical Network）以光OFDM技术为基础，利用光OFDM频谱利用率高、抗色散性能好以及载波自由分配等特点，可以实现高速率，灵活自由的光接入。与现有光接入技术相比，OFDM-PON不仅可以提高用户可用带宽，规避高速突发信号接收技术困难，而且能以极细的粒度完成不同业务的资源调度，实现灵活的光接入。现有的OFDM-PON网络多以点对点的单波长通信为主，传输容量和速率受到限制，采用激光器阵列作为OFDM-PON的多波长光源有很大的缺陷，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）基于调制器的直接生成方式：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。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统及其应用方法，系统易于实现，输出梳状谱的平坦度高，稳定性好，有效减小系统内噪声对梳状谱的不利影响，能够获得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经过一个强度调制器IM输出四根谱线的梳状谱作为种子光源，通过光耦合器OC向环路注入种子光，经环路调制后在光耦合器的输出端输出，得到平坦稳定的梳状谱。该方法能有效增加梳状谱的平坦度，提高系统稳定性，并降低环路时延和噪声积累影响。
根据上述发明构思，本发明采用以下方案：
一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统，系统包括种子光源和IQ调制器。其特征在于：所述种子光源输出口与一个光耦合器OC第一输入口（1'）相连，一个偏振控制器输出口与所述光耦合器OC第二输入口（2'）相连，所述光耦合器OC第一输出口（4'）与一个光频谱分析仪OSA相连，所述光耦合器OC第二输出口（3'）与一个IQ调制器相连；所述IQ调制器的输出口与一个光放大器SOA输入口相连；所述光放大器SOA输出口与一个带通滤波器输入口相连；所述带通滤波器输出口与一个光可调延时线输入口相连；所述光可调延时线输出口经过光纤链路与所述偏振控制器输入口相连，从而构成系统环路。所述种子光源的结构：包括一个半导体激光器ECL，一个强度调制器IM；所述半导体激光器ECL输出口与所述强度调制器IM输入口相连，该强度调制器IM的RF电极与一个第一微波信号源输出口相连，该强度调制器IM直流电极与一个电压源输出口相连。所述IQ调制器的结构：包括一个第一双驱动MZ调制器MZM1，一个第二双驱动MZ调制器MZM2；所述第一双驱动MZ调制器MZM1的第一RF电极与一个第二微波信号源输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1第一直流电极连接一个第一                                                
Figure 833209DEST_PATH_IMAGE002
电压源，所述第一双驱动MZ调制器MZM1第二RF电极经过一个第一
Figure 2013101457698100002DEST_PATH_IMAGE003
移相器与所述第二微波信号源输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1第二直流电极接地；所述第二双驱动MZ调制器MZM2第一RF电极经过一个
Figure 910755DEST_PATH_IMAGE004
移相器与所述第二微波信号源输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2第一直流电极连接一个第二
Figure 707810DEST_PATH_IMAGE002
电压源，所述第二双驱动MZ调制器MZM2第二RF电极经过一个第二
Figure 254329DEST_PATH_IMAGE003
移相器和所述
Figure 427821DEST_PATH_IMAGE004
移相器与所述第二微波信号源输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2第二直流电极接地；所述第一双驱动MZ调制器MZM1输出经过一个
Figure 438502DEST_PATH_IMAGE006
电压产生
Figure DEST_PATH_IMAGE007
移相与所述第二双驱动MZ调制器MZM2合并输出。
一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统应用方法，采用上述基于强度调制循环移频梳状谱发生系统，其特征在于：所述的种子光源输出种子光到光耦合器OC，所述光耦合器OC经由第二输出口（3'）进入光环路与IQ调制器输入口相连，经所述IQ调制器调制后的信号依次通过光放大器SOA、带通滤波器、光可调延时线、光纤链路和偏振控制器进入光耦合器OC第二输入口（2'），所述光耦合器OC第一输出口（4'）连接光频谱分析仪OSA输入口。具体表现在：所述半导体激光器ECL输出光波到强度调制器IM中进行强度调制，产生四根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光耦合器OC耦合作用后输入环路，对所述第一双驱动MZ调制器MZM1的第一RF电极和第二RF电极、所述第二双驱动MZ调制器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，并使第一双驱动MZ调制器MZM1的第一直流电极和第二双驱动MZ调制器MZM2的第一直流电极分别连接一个第一
Figure 593409DEST_PATH_IMAGE008
电压源和一个第二
Figure 689541DEST_PATH_IMAGE002
电压源，使第一双驱动MZ调制器MZM1的第二直流电极和第二双驱动MZ调制器MZM2的第二直流电极分别接地，并使第一双驱动MZ调制器MZM1经一个
Figure 401145DEST_PATH_IMAGE006
电压产生
Figure 266333DEST_PATH_IMAGE007
移相与第二双驱动MZ调制器MZM2联合输出，可得到上变频信号，上变频频率为RF电极输入频率。生成的上变频信号经过光放大器SOA、带通滤波器、光可调延时线、环路光纤链路和偏振控制器PC与种子光源输入的种子光在光耦合器OC耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被IQ调制器调制，在光放大器SOA合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；带通滤波器带宽决定梳状谱的根数，当上变频产生的梳状谱频率超过带通滤波器通带，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）本系统采用基于强度调制器的四根谱线的梳状谱作为种子光源，大大减少了系统循环次数，降低了噪声积累的影响；2）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，；3）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。
附图说明
图1为本发明的一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统结构示意图。
图2为图1系统中种子光源结构示意图。
图3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3，本基于强度调制循环移频梳状谱发生系统：种子光源（1）输出口与一个光耦合器OC（2）第一输入口（1'）相连，一个偏振控制器（9）输出口与所述光耦合器OC（2）第二输入口（2'）相连，所述光耦合器OC（2）第一输出口（4'）与一个光频谱分析仪OSA（3）输入口相连，所述光耦合器OC（2）第二输出口（3'）与一个IQ调制器（4）相连；所述IQ调制器（4）的输出口与一个光放大器SOA（5）输入口相连；所述光放大器SOA（5）输出口与一个带通滤波器（6）输入口相连；所述带通滤波器（6）输出口与一个光可调延时线（7）输入口相连；所述光可调延时线（7）输出口经过光纤链路（8）与所述偏振控制器（9）输入口相连，构成系统环路。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述种子光源（1）包括一个半导体激光器ECL（10），一个强度调制器IM（11）；所述半导体激光器ECL（10）输出口与所述强度调制器IM（11）输入口相连，该强度调制器IM（11）RF电极（12）与一个第一微波信号源（13）输出口相连，该强度调制器IM（11）直流电极（15）与一个电压源（14）输出口相连；所述IQ调制器（4）包括一个第一双驱动MZ调制器MZM1（17），一个第二双驱动MZ调制器MZM2（27）；所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第一RF电极（18）与一个第二微波信号源（19）输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第一直流电极（21）连接一个第一
Figure 342873DEST_PATH_IMAGE002
电压源（23），所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第二RF电极（20）经过一个第一
Figure 926302DEST_PATH_IMAGE003
移相器（16）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第二直流电极（22）接地；所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第一RF电极（28）经过一个移相器（24）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第一直流电极（30）连接一个第二电压源（32），所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第二RF电极（29）经过一个第二移相器（26）和所述
Figure 728724DEST_PATH_IMAGE004
移相器（24）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第二直流电极（31）接地；所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）输出经过一个电压（25）产生
Figure 621911DEST_PATH_IMAGE007
移相与所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）合并输出。
实施例三：
       参见图1~图3，本基于强度调制循环移频的梳状谱发生系统应用方法，采用上述系统进行操作。所述的种子光源（1）输出种子光到光耦合器OC（2），所述光耦合器OC（2）经由第二输出口（3'）进入光环路与IQ调制器（4）输入口相连，经所述IQ调制器（4）调制后的信号依次通过光放大器SOA（5）、带通滤波器（6）、光可调延时线（7）、光纤链路（8）和偏振控制器（9）进入光耦合器OC（2）第二输入口（2'），所述光耦合器OC（2）第一输出口（4'）连接光频谱分析仪OSA（3）输入口。具体表现在：所述半导体激光器ECL（10）输出光波到强度调制器IM（11）中进行强度调制，产生四根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光耦合器OC（2）耦合作用后输入环路，对所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第一RF电极（18）和第二RF电极（20）、所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第一RF电极（28）和第二RF电极（29）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，并使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第一直流电极（21）和第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第一直流电极（30）分别连接一个第一
Figure 40254DEST_PATH_IMAGE002
电压源（23）和一个第二
Figure 332695DEST_PATH_IMAGE002
电压源（32），使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第二直流电极（22）和第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第二直流电极（31）分别接地，并使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）经一个
Figure 189793DEST_PATH_IMAGE006
电压（25）产生
Figure 884079DEST_PATH_IMAGE007
移相与第二双驱动MZ调制器MZM2（27）联合输出，可得到上变频信号，上变频频率为RF电极输入频率。生成的上变频信号经过光放大器SOA（5）、带通滤波器（6）、光可调延时线（7）、环路光纤链路（8）和偏振控制器PC（9）与种子光源（1）输入的种子光在光耦合器OC（2）耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被IQ调制器（4）调制，在光放大器SOA（5）合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；带通滤波器（6）带宽决定梳状谱的根数，当上变频产生的梳状谱频率超过带通滤波器（6）通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。

Claims (6)

1.一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统，包括种子光源（1）和IQ调制 
器（4），其特征在于：种子光源（1）输出口与一个光耦合器OC（2）第一输入口（1'）相连，一个偏振控制器PC（9）输出口与所述光耦合器OC（2）第二输入口（2'）相连，所述光耦合器OC（2）第一输出口（4'）与一个光频谱分析仪OSA（3）输入口相连，所述光耦合器OC（2）第二输出口（3'）与一个IQ调制器（4）相连，所述IQ调制器（4）的输出口与一个光放大器SOA（5）输入口相连，所述光放大器SOA（5）输出口与一个带通滤波器（6）输入口相连，所述带通滤波器（6）输出口与一个光可调延时线（7）输入口相连，所述光可调延时线（7）输出口经过光纤链路（8）与所述偏振控制器（9）输入口相连，从而构成系统环路。
2.根据权利要求1所述的强度调制循环移频梳状谱发生系统，其特征在于：所述种子光源（1）的结构：包括一个半导体激光器ECL（10）和一个强度调制器IM（11）；所述半导体激光器ECL（10）输出口与所述强度调制器IM（11）输入口相连，该强度调制器IM（11）RF电极（12）与一个第一微波信号源（13）输出口相连，该强度调制器IM（11）直流电极（15）与一个电压源（14）输出口相连。
3.根据权利要求1所述的强度调制循环移频梳状谱发生系统，    其特征在于：所述IQ调制器（4）的结构：包括一个第一双驱动MZ调制器MZM1（17），一个第二双驱动MZ调制器MZM2（27）；所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第一RF电极（18）与一个第二微波信号源（19）输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第一直流电极（21）连接一个第一                                                
Figure 153301DEST_PATH_IMAGE001
电压源（23），所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第二RF电极（20）经过一个第一
Figure 2013101457698100001DEST_PATH_IMAGE002
移相器（16）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）第二直流电极（22）接地；所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第一RF电极（28）经过一个
Figure 70442DEST_PATH_IMAGE003
移相器（24）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第一直流电极（30）连接一个第二
Figure 912496DEST_PATH_IMAGE001
电压源（32），所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第二RF电极（29）经过一个第二移相器（26）和所述
Figure 2013101457698100001DEST_PATH_IMAGE004
移相器（24）与所述第二微波信号源（19）输出口相连，所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）第二直流电极（31）接地；所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）输出经过一个
Figure 184394DEST_PATH_IMAGE003
电压（25）产生移相与所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）合并输出。
4.一种基于强度调制循环移频梳状谱发生系统应用方法，采用权利要求3所述的基于强度调制循环移频梳状谱发生系统进行操作，其特征在于：所述的种子光源（1）输出种子光到光耦合器OC（2），所述光耦合器OC（2）经由第二输出口（3'）进入光环路与IQ调制器（4）输入口相连，经所述IQ调制器（4）调制后的信号依次通过光放大器SOA（5）、带通滤波器（6）、光可调延时线（7）、光纤链路（8）和偏振控制器（9）进入光耦合器OC（2）第二输入口（2'），所述光耦合器OC（2）第一输出口（4'）连接光频谱分析仪OSA（3）输入口。
5.具体表现在：所述半导体激光器ECL（10）输出光波到强度调制器IM（11）中进行强度调制，产生四根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光耦合器OC（2）耦合作用后输入环路，对所述第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第一RF电极（18）和第二RF电极（20）、所述第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第一RF电极（28）和第二RF电极（29）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，并使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第一直流电极（21）和第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第一直流电极（30）分别连接一个第一
Figure 336207DEST_PATH_IMAGE001
电压源（23）和一个第二
Figure 535107DEST_PATH_IMAGE005
电压源（32），使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）的第二直流电极（22）和第二双驱动MZ调制器MZM2（27）的第二直流电极（31）分别接地，并使第一双驱动MZ调制器MZM1（17）经一个
Figure 203986DEST_PATH_IMAGE003
电压（25）产生
Figure 2013101457698100001DEST_PATH_IMAGE006
移相与第二双驱动MZ调制器MZM2（27）联合输出，可得到上变频信号，上变频频率为RF电极输入频率。
6.生成的上变频信号经过光放大器SOA（5）、带通滤波器（6）、光可调延时线（7）、环路光纤链路（8）和偏振控制器PC（9）与种子光源（1）输入的种子光在光耦合器OC（2）耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被IQ调制器（4）调制，在光放大器SOA（5）合理的增益条件下，可以生成所需根数的平坦的梳状谱；带通滤波器（6）带宽决定梳状谱的根数，当上变频产生的梳状谱频率超过带通滤波器（6）通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。
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