CN107085318A - 一种基于双电极马赫‑曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置 - Google Patents

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朱民
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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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Abstract

一种基于双电极马赫‑曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置，由基波和二次谐波射频信号的组合驱动的双电极马赫‑曾德调制器(MZM)来演示简单高效的奈奎斯特脉冲产生。该装置在MZM中创建的升余弦形时间滤波器和时间透镜，而无需任何外部光学滤波器，从而产生具有0.52的滚降因子和37％固有转换效率的光学奈奎斯特脉冲。通过稍微修改时间滤波器和时间透镜，可以实现α(在α＞0.3)内的适度可调性。该装置不需要任何外部光学滤波器，对于奈奎斯特脉冲的产生具有节能和缩小成本效益。

Description

一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的 装置
技术领域
本发明涉及一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置，本发明属于光纤通信处理领域，用于提升光纤通信系统的传输容量。
背景技术
近年来，互联网已经渗透到我们生活的方方面面，特别在“互联网+”的大背景下，给各行业带来了极大的冲击和新的视角。智能手机、社交媒体、高清互联网电视、网络多媒体、物联网、大数据和云计算等新型业务快速发展。网络已经成为人们生活的一部分，与此同时，人们对网络带宽或者说“网速”的要求不断增加，降价提速已经成为主流渴求。与此相关的是，通信网络中的信息传输速率和数据流量一直在大幅增长，对组成通信网络最基础的物理层链路--光纤网络提出了高性能高可靠性的要求。国内外越来越多的专家学者开始关注超高速、超大容量、高谱效率光信号的产生技术。
光时分复用(OTDM)技术已被广泛用于提高符号速率调制带宽限制。特别地，由于其抑制的符号间干扰，高频谱效率和高色散容限的光学奈奎斯特脉冲被认为是对OTDM传输最有潜力的候选者。脉冲的特征在于滚降因子α(0≤α≤1)，α＝0对应于具有最小化光谱宽度的矩形频谱的正弦形状的时间波形。较大的α值会增加光谱宽度，同时在时间波形中阻止振荡尾部。
目前有通过使用光学频率梳(OFC)发生器和光学带通滤波器或任意的滤光器来产生脉冲，虽然任意的滤光器可用于控制α，但是对于每个OFC线，许多控制端子使系统复杂化，并且滤波器的插入损耗是不期望的。通过使用两个同步的MZM来证明直接光学奈奎斯特脉冲产生。虽然这种技术在不使用任何外部滤波器的情况下可以产生具有α＝0的光学奈奎斯特脉冲，但是可用的重复频率被减少到MZM调制带宽的三分之二，并且使用两个MZM引起的大的插入损耗仍然是一个问题。目前报道了光学参数扩增的使用，然而由于其非线性特性，自相位调制对于稳定操作是非常不方便的。另一方面，有一个带有外部带通滤波器的光学奈奎斯特脉冲发生器和基于时间透镜的平坦OFC发生器的报告，这种技术相对简单，但是需要使用外部带通滤波器进行光谱整形。基于CW激光源和外部调制器的无源配置在简单性，稳定性和与单片集成半导体激光器和调制器的兼容性方面仍然具有一定的优势。例如，通过使用双电极马赫-曾德调制器(MZM)产生的脉冲由于其被动配置而具有超低的时间抖动性。从节约成本的角度考虑，需要研究更为廉价的光学奈奎斯特脉冲装置。
发明内容
本发明的基本构思是：使用由基波和二次谐波射频信号的组合驱动的双电极马赫-曾德调制器(MZM)来演示简单高效的奈奎斯特脉冲产生。该装置在MZM中创建的升余弦形时间滤波器和时间透镜，而无需任何外部光学滤波器，从而产生具有0.52的滚降因子和37％固有转换效率的光学奈奎斯特脉冲。
本发明提供一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置，包括：
一信号发生器，用于产生频率为6GHz的射频信号；
一倍增器，用于产生12GHz的二次谐波信号；
一隔离18dB信号的射频组合器，用于将射频信号和二次谐波信号进行放大和组合并施加到MZM的一个电极上；
一双电极马赫-曾德调制器，半波长电压Vπ为5.3V，调制带宽＞25GHz；
一直流电压，用于施加电压到另一电极上；
一CW激光器，波长为1549.8nm，用于产生宽带光信号；
一单模光纤，长度为6km；
一掺饵光纤放大器；
一光谱仪；
一光采样示波器，用于测量波形。
本发明的有益效果：
通过二次谐波射频信号来修改时间滤波器和时间透镜，可以实现α(在α＞0.3)内的适度可调性。该装置不需要任何外部光学滤波器，对于奈奎斯特脉冲的产生具有节能和缩小成本效益。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置的整体示意图。
图2为本发明所涉及的一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所涉及的一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置的整体示意图。该装置包括信号发生器、倍频器、移相器、射频组合器、射频放大器、双电极马赫-曾德调制器、CW激光器、直流电源、单模光纤、掺铒光纤放大器、光谱仪及光采样示波器。
信号发生器1，其输出端与倍频器2的输入端口相连；
倍频器2，其输出端与移相器3的输入端口相连；
移相器3，其输出端与射频放大器4的输入端口相连；
射频放大器4，其输出端与射频组合器5的端口1连接；
射频组合器5，其端口3与双电极马赫-曾德调制器8的电极1连接；
移相器6，其输入端与信号发生器1的输出端口相连；
射频放大器7，其输入端与移相器6的输出端口相连，其输出端与射频组合器5的端口2相连；
双电极马赫-曾德调制器8，其输入端与CW激光器15相连；
单模光纤9，其输入端与双电极马赫-曾德调制器8的输出端口相连；
掺铒光纤放大器10，其输入端与单模光纤9的输出端口连接；
光采样示波器11，其输入端与掺铒光纤放大器10的输出端口连接；
光谱仪12，其输入端与双电极马赫-曾德调制器8的输出端口连接；
射频放大器13，其输入端与信号发生器1的输出端口相连，其输出端口与双电极马赫-曾德调制器8的电极2相连；
直流电压14与双电极马赫-曾德调制器8的电极2相连。
其中，信号发生器1用于产生6GHz的射频信号；倍频器2用于产生12GHz的二次谐波信号；移相器3用于对波形进行调整；射频放大器4用于将信号的功率放大到足够大；射频组合器5用于隔离18dB的信号，并对信号进行放大和组合且施加到双电极马赫-曾德调制器8的一个电极上；双电极马赫-曾德调制器8通过周期性升余弦形状对CW光源的输入强度进行调制，并在有限的周期持续时间内引起二次相位调制近似；单模光纤9用于线性补偿；掺饵光纤放大器10用于对光信号进行放大；光采样示波器11用于时间波形的测量；光谱仪12用于光谱的测量；射频放大器13用于将6GHz信号进行放大并施加到双电极马赫-曾德调制器8的另一个电极上；直流电压14用于施加到双电极马赫-曾德调制器8的另一个电极上；CW激光器15用于产生宽带光源。
双电极马赫-曾德调制器8使用商用的LiNbO3双电极马赫-曾德调制器，半波长电压为5.3V，调制带宽＞25GHz；
单模光纤9的长度为6km；
CW激光器15使用在波长为1549.8nm时的光源；
经过上述调节后，装置产生具有0.52的滚降因子和37％固有转换效率的光学奈奎斯特脉冲。
图2为本发明所涉及的一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置的的原理图。光束经过空间滤波器1和空间透镜3处理，在焦点位置发生傅里叶变换从而实现从升余弦形状2到奈奎斯特形状4的光束轮廓转化。该装置的时域模拟可以通过使用时间滤波器和时间透镜来实现。首先，CW激光的输入强度由强度调制器5以周期性升余弦形状调制；其次，用作时间透镜6的二次相位调制施加到强度调制光。最后，时间波形被傅里叶变换，并且在用于补偿二次相位的一定长度的光纤7中传播之后获得奈奎斯特脉冲。脉冲信号的产生是利用时域到频域的映射，升余弦8到光谱12实现了时域到频域的转换，光谱11为波形8对应的频域信号，波形9为光谱12对应的时域信号；波形10为奈奎斯特脉冲，光谱13为奈奎斯特脉冲10对应的频域信号。
本发明使用由基波和二次谐波射频信号的组合驱动的双电极马赫-曾德调制器来演示简单高效的奈奎斯特脉冲产生。本发明在MZM中创建的升余弦形时间滤波器和时间透镜，而无需任何外部光学滤波器，从而产生具有0.52的滚降因子和37％固有转换效率的光学奈奎斯特脉冲。通过二次谐波射频信号修改时间滤波器和时间透镜，本发明可以实现α(在α＞0.3)内的适度可调性。本发明不需要任何外部光学滤波器，使其对于奈奎斯特脉冲的产生具有节能和缩小成本效益。

Claims (2)

1.一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置，其特征在于：该装置包括信号发生器、倍频器、移相器、射频组合器、射频放大器、双电极马赫-曾德调制器、CW激光器、直流电源、单模光纤、掺铒光纤放大器、光谱仪及光采样示波器。
信号发生器，其输出端与倍频器的输入端口相连；
倍频器，其输出端与移相器的输入端口相连；
移相器，其输出端与射频放大器的输入端口相连；
射频放大器，其输出端与射频组合器的端口1连接；
射频组合器，其端口3与双电极马赫-曾德调制器的电极1连接；
移相器，其输入端与信号发生器的输出端口相连；
射频放大器，其输入端与移相器的输出端口相连，其输出端与射频组合器的端口2相连；
双电极马赫-曾德调制器，其输入端与CW激光器相连；
单模光纤，其输入端与双电极马赫-曾德调制器的输出端口相连；
掺铒光纤放大器，其输入端与单模光纤的输出端口连接；
光采样示波器，其输入端与掺铒光纤放大器的输出端口连接；
光谱仪，其输入端与双电极马赫-曾德调制器的输出端口连接；
射频放大器，其输入端与信号发生器的输出端口相连，其输出端口与双电极马赫-曾德调制器的电极2相连；
直流电压与双电极马赫-曾德调制器的电极2相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于双电极马赫-曾德调制器产生光学奈奎斯特脉冲的装置，其特征在于：所述双电极马赫-曾德调制器的型号为商用的LiNbO3，半波长电压为5.3V，调制带宽＞25GHz。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107819520A (zh) * 2017-09-08 2018-03-20 北京交通大学 一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置
CN108896978A (zh) * 2018-06-27 2018-11-27 上海交通大学 基于奈奎斯特脉冲的集成激光雷达
CN113485035A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 中国科学技术大学 一种基于电光调制器的高平坦度光频梳产生装置

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