CN107482469A - 光频梳的调整装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种光频梳的调整装置，包括：光频梳产生模块，产生光频梳；光分束模块，将光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；信号处理模块，将第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；还将第二子分束光转换成第二电信号；以及根据第一电信号与第二电信号，确定控制模拟信号；以及驱动电路，根据控制模拟信号，调整光频梳产生模块所产生的光频梳。此外，本发明还提供了一种光频梳的调整方法。本发明基于微谐振腔和稳频控制方法，得到了超平坦、高稳定度集成化的光频梳，克服了传统方法在平坦度、频率稳定、功率稳定等方面的难题。

Description

光频梳的调整装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信、微波光子学、半导体光电子学和非线性光学领域，尤其涉及一种光频梳的调整装置及方法。
背景技术
光频梳是离散的、频率间隔相等的梳齿形状的光谱，有着广泛的用途。可用于任意波形发生器、精确光学计量、光通信系统以及光子信号处理等方面。
目前光频梳的产生已由传统的基于锁模激光器产生过渡到基于光学微环谐振腔产生光频梳了，而基于光学微环谐振腔的光频梳通常是由外部激光器注入泵浦光实现。但是激光器的频率会受到外界环境以及内部自身的影响而抖动，从而引起光频梳频率的抖动，造成光频梳的稳定度下降；另外泵浦光在通过微环谐振腔产生的光频梳光谱，在泵浦光所在频段的光功率要高于其他频段的光功率，造成光频梳的平坦度下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种光频梳的调整装置及方法，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种光频梳的调整装置，包括：
光频梳产生模块，用于产生光频梳；
光分束模块，用于将所述光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；
信号处理模块，用于将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；还用于将所述第二子分束光转换成第二电信号；以及根据所述第一电信号与第二电信号，确定控制模拟信号；以及
驱动电路，用于根据所述控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳。
在本发明的一些实施例中，所述光频梳产生模块包括：泵浦光源，用于产生光信号；第一隔离器，用于保证所述光信号单向输出至所述微谐振腔芯片；以及微谐振腔芯片，用于从所述光信号中获取光频梳。
在本发明的一些实施例中，还包括平坦化模块，所述平坦化模块包括第二隔离器、环形器、光栅和晶体吸收装置，其中，第二隔离器，用于使所述光频梳单向输出至环形器；环形器，其输入端与第二隔离器连接，其第一输出端与光栅连接，用于输出光栅反射的光频梳至与其第二输出端相连的晶体吸收装置；光栅，用于平坦化所述光频梳中各梳齿的功率，得到平坦光频梳后输出至光分束模块。
在本发明的一些实施例中，所述光分束模块包括：第一光分束器，用于将所述平坦光频梳进行分束处理，得到第一分束光，以及得到输出至外界的第二分束光；光滤波器，用于选取所述第一分束光中任一梳齿的波长，进行滤波处理，得到滤波后的第一分束光；光控制器，用于调节所述滤波后的第一分束光，得到调节后的第一分束光；以及第二光分束器，用于将调节后的第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光。
在本发明的一些实施例中，所述信号处理模块包括：鉴频器，用于将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成功率信号；第一光电探测器，用于将所述功率信号转换成第一模拟信号；第二光电探测器，用于将所述第二子分束光转换成第二模拟信号；第一模数转换器，用于将所述第一模拟信号转换成第一数字信号；第二模数转换器，用于将所述第二模拟信号转换成第二数字信号；处理器，包括DSP芯片，用于将所述第一数字信号与第二数字信号进行运算处理，得到控制数字信号；以及第三数模转换器，用于将所述控制数字信号转换为控制模拟信号。
在本发明的一些实施例中，所述泵浦光源包括光放大器和激光器，光放大器包括半导体光放大器和光纤放大器，激光器包括固体激光器、光纤激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器；和/或所述微谐振腔芯片为品质因数大于104的高品质因数芯片，且该高品质因数芯片包含以下任一种微谐振腔：微环谐振腔、微球谐振腔和气泡型微谐振腔。
在本发明的一些实施例中，其中，所述光栅为以下任一种：光纤光栅、法布里-珀罗腔、原子分子气室和具有波长选择性的晶体；和/或所述第一隔离器与第二隔离器为偏振敏感型隔离器或者偏振无关型隔离器。
在本发明的一些实施例中，所述光滤波器为以下任一种：光纤光栅滤波器、光纤滤波器、法布里-珀罗滤波器、阵列波导光栅滤波器和具有波长选择模式的其他光学器件；和/或所述第一光分束器和第二光分束器为以下任一种：光纤分束器、微透镜阵列分束器和全息分束器。
在本发明的一些实施例中，所述鉴频器包括以下任一种：气体吸收池、法布里-珀罗腔和晶体；和/或所述第一光电探测器和第二光电探测器为光敏电阻或者PN结光伏探测器。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种光频梳的调整方法，包括：
将产生的光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；
将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；将所述第二子分束光转换成第二电信号；以及将所述第一电信号与第二电信号进行运算，确定控制模拟信号；以及根据所述控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳。
(三)有益效果
本发明的光频梳的调整装置及方法，相较于现有技术至少具有以下优点：
1、采取了稳频控制方法，通过信号处理模块，结合参考激光，将所述第一电信号与第二电信号进行运算，确定控制模拟信号，驱动电路根据该控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳，提高了光频梳的稳定性。
2、在稳频控制之前还采用了平坦化模块，将产生的光频梳进行平坦化处理，利于后续光频梳的稳频控制，能够得到平坦度高、频率和功率都稳定的光频梳。
附图说明
图1为本发明实施例的光频梳的调整装置的结构示意图。
图2为本发明一具体实施例的光频梳的调整装置的结构示意图。
图3A为本发明实施例的微谐振腔芯片输出的光频梳的示意图。
图3B为本发明实施例的平坦光频梳的示意图。
图4为本发明实施例的光频梳的调整方法的步骤示意图。
具体实施方式
基于现有技术中光频梳的平坦度和稳定性不高的技术缺陷，本发明基于微谐振腔和稳频控制方法，提供了一种光频梳的调整装置及方法，在泵蒲光源产生的泵浦光信号输入至微谐振腔芯片并输出光频梳信号中，泵浦光的波长处有一个能量尖峰，在本发明中，运用光栅、滤波器损耗泵浦光波长处的能量，以达到平坦光频梳的目的；另外配套有驱动电路，用来泵浦光源的频率，以达到输出稳定光频梳的目的。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例的光频梳的调整装置的结构示意图，如图1所示，该调整装置包括依次连接的光频梳产生模块1、光分束模块2、信号处理模块3和驱动电路4。
光频梳产生模块1，产生光频梳并将其输出至光分束模块2。光分束模块2，将所述光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光。信号处理模块3，将光分束模块2输出的第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；将光分束模块2输出的第二子分束光转换成第二电信号；以及根据所述第一电信号与第二电信号，确定控制模拟信号。驱动电路4，根据信号处理模块3输出的控制模拟信号，改变驱动电流值进行反馈，调整所述光频梳产生模块1所产生的光频梳，降低光频梳的频率抖动，最终得到平坦、稳定的光频梳。
图2为本发明一具体实施例的光频梳的调整装置的结构示意图，如图2所示，该具体实施例的光频梳的调整装置包括：由泵浦光源11、第一隔离器12和微谐振腔芯片13构成的光频梳产生模块1；由第二隔离器51、环形器52、光栅53和晶体吸收装置54构成的平坦化模块5；由第一光分束器21、光滤波器22、光控制器23和第二光分束器24构成的光分束模块2；以及由鉴频器31、第一光电探测器32、第二光电探测器33、第一模数转换器34、第二模数转换器35、处理器36和第三数模转换器37构成的信号处理模块3；以及驱动电路4。
在光频梳产生模块1中，首先，泵浦光源11，作为产生光频梳的种子光源，产生光信号并输出至第一隔离器12。泵浦光源11的类型包括但不限于光放大器和常规激光器，光放大器可以为半导体光放大器和光纤放大器，常规激光器可以为固体激光器、光纤激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器。
第一隔离器12的输入端与激光器的输出端相连，能够保证所述光信号单向输出至微谐振腔芯片13，同时还防止激光器受到干扰和损伤。
微谐振腔芯片13，其输入端与第一隔离器12的输出端相连，通过对泵浦光源11的波长调谐使之与微谐振腔的模式精确锁定，实现级联四波混频等高效率非线性作用过程，从而从光信号中获取光频梳信号作为输出。该微谐振腔芯片13为品质因数大于104的高品质因数芯片，且该高品质因数芯片包括但不限于以下微谐振腔：微环谐振腔、微球谐振腔和气泡型微谐振腔。
接着，光频梳产生模块1中的微谐振腔芯片13可以将光频梳输出至平坦化模块5以实现光频梳的平坦化。在平坦化模块5中，第二隔离器51的输入端与微谐振腔芯片13的输出端相连，能够保证光频梳单向输出至环形器52，同时还能防止微谐振腔芯片13受到干扰和损伤。其中，第一隔离器12与第二隔离器51可以为偏振敏感型隔离器或者偏振无关型隔离器。
环形器52，其输入端与第二隔离器51连接，其第一输出端与光栅53连接，用于输出光栅53反射的光频梳至与其第二输出端相连的晶体吸收装置54。由于后向器件光栅53对于入射光的反射，环形器52的第一输出端接收反向反射光，并将其通过第二输出端输入到晶体吸收装置54中。由于环形器52的第二输出端口有光输出，防止输出光对于系统产生不必要的影响，增加一晶体吸收装置54能够吸收光，以稳定系统，
光栅53，其输入端与环形器52的第一输出端相连。图3A为本发明实施例的微谐振腔芯片13输出的光频梳的示意图，由于本发明实施例采用激光器作为泵浦光源11，微谐振腔芯片13输出的光频梳的梳齿有一根的功率明显高出其余梳齿，如图3A所示，此时设置光栅53，通过光栅53可对于固定波长的光信号能量有衰减的作用，使处在泵浦光波长处的能量衰减，以达到平坦化光频梳的目的。图3B为本发明实施例的平坦光频梳的示意图，如图3B所示，如若一个光栅53衰减的能量有限未达到目的功率，可以适当再叠加一到两级的光栅。如此，即可平坦化所述光频梳中各梳齿的功率，得到平坦光频梳，并将其输出至光分束模块2。
其中，所述光栅可以为以下任一种：光纤光栅、法布里-珀罗腔、原子分子气室和具有波长选择性的晶体。
在光分束模块2中，第一光分束器21的输入端与光栅53的输出端相连，接收该平坦光频梳，将所述平坦光频梳进行分束处理，得到第一分束光，以及得到输出至外界的第二分束光，作为调整装置的输出。其中，该第一分束光与第二分束光的比例不作限制，可以根据实际需求进行改变，本发明实施例以1∶9的分光比对平坦光频梳进行划分，得到10％的第一分束光和90％的第二分束光。
光滤波器22，其输入端与该第一光分束器21相连，由于光频梳有众多梳齿，但是其间距保持固定的数值，故频率稳定只需选取其中一根梳齿进行稳定，选取第一分束光中任一梳齿的波长，进行滤波处理，滤掉其他波长的梳齿，得到滤波后的第一分束光。其中，光滤波器22可以为以下任一种：光纤光栅滤波器、光纤滤波器、法布里-珀罗滤波器、阵列波导光栅滤波器和具有波长选择模式的其他光学器件。
光控制器23，其输入端与光滤波器22相连，调节从光滤波器22输出的滤波后的第一分束光的能量，避免后向器件光电探测器因功率太大遭受损伤或者功率太小造成较大的误差，得到调节后的第一分束光。
第二光分束器24，其输入端与光控制器23相连，其分光比为1∶1，将调节后的第一分束光进行均等分束处理，得到光功率相同的第一子分束光和第二子分束光。其中，第一光分束器和第二光分束器包括但不限于以下几种：光纤分束器、微透镜阵列分束器和全息分束器。
在信号处理模块3中，鉴频器31的输入端与第二光分束器24的第一输出端口连接。鉴频器31将第一子分束光与作为波长基准的参考激光进行匹配，如果输入其的光频率和鉴频器31原本设定的参考激光的波长(频率)不匹配，则会产生抖动，将抖动的频率信号转换成抖动的功率信号。其中，鉴频器31包括但不限于以下任一种：具有鉴频作用的气体吸收池、法布里-珀罗腔和晶体
第一光电探测器32，其输入端与鉴频器31的输出端连接，将所述功率信号转换成第一模拟信号。
第二光电探测器33，其输入端与分束器的第二输出端相连，将所述第二子分束光转换成第二模拟信号。其中，所述第一光电探测器32和第二光电探测器33包括但不限于光敏电阻或者PN结光伏探测器。
第一模数转换器34，其输入端与第一光电探测器32的输出端相连，用于将所述第一模拟信号转换成第一数字信号。
第二模数转换器35，其输入端与第二光电探测器33的输出端相连，用于将所述第二模拟信号转换成第二数字信号。
处理器36，其两个输入端分别与第一模数转换器34和第二模数转换器35的输出端相连，将第一模数转换器34和第二模数转换器35输出的第一数字信号和第二数字信号进行运算，得到控制数字信号。
第三数模转换器37，其输入端与处理器36的输出端相连，将所述控制数字信号转换为控制模拟信号。
最后，驱动电路4的输入端与该第三数模转换器37相连，输出端与泵浦光源11的输入端相连。驱动电路4接收该控制模拟信号，并根据其改变驱动电流值，对泵浦光源11进行反馈，调整泵浦光源11所产生的光信号，以降低光频梳的频率抖动，最终得到平坦、稳定的光频梳。
本发明实施例的另一发明，还提供了一种光频梳的调整方法，图4为本发明实施例的光频梳的调整方法的步骤示意图，如图4所示，该调整方法包括：
步骤S1、将产生的光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；
步骤S2、将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；将所述第二子分束光转换成第二电信号；以及将所述第一电信号与第二电信号进行运算，确定控制模拟信号；以及
步骤S3、根据所述控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光频梳的调整装置，包括：
光频梳产生模块，用于产生光频梳；
光分束模块，用于将所述光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；
信号处理模块，用于将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；还用于将所述第二子分束光转换成第二电信号；以及根据所述第一电信号与第二电信号，确定控制模拟信号；以及
驱动电路，用于根据所述控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光频梳产生模块包括：
泵浦光源，用于产生光信号；
第一隔离器，用于保证所述光信号单向输出至所述微谐振腔芯片；以及
微谐振腔芯片，用于从所述光信号中获取光频梳。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括平坦化模块，所述平坦化模块包括第二隔离器、环形器、光栅和晶体吸收装置，其中，
第二隔离器，用于使所述光频梳单向输出至环形器；
环形器，其输入端与第二隔离器连接，其第一输出端与光栅连接，用于输出光栅反射的光频梳至与其第二输出端相连的晶体吸收装置；
光栅，用于平坦化所述光频梳中各梳齿的功率，得到平坦光频梳后输出至光分束模块。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述光分束模块包括：
第一光分束器，用于将所述平坦光频梳进行分束处理，得到第一分束光，以及得到输出至外界的第二分束光；
光滤波器，用于选取所述第一分束光中任一梳齿的波长，进行滤波处理，得到滤波后的第一分束光；
光控制器，用于调节所述滤波后的第一分束光，得到调节后的第一分束光；以及
第二光分束器，用于将调节后的第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光。
5.根据权利要求1至4任一所述的装置，其中，所述信号处理模块包括：
鉴频器，用于将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成功率信号；
第一光电探测器，用于将所述功率信号转换成第一模拟信号；
第二光电探测器，用于将所述第二子分束光转换成第二模拟信号；
第一模数转换器，用于将所述第一模拟信号转换成第一数字信号；
第二模数转换器，用于将所述第二模拟信号转换成第二数字信号；
处理器，包括DSP芯片，用于将所述第一数字信号与第二数字信号进行运算处理，得到控制数字信号；以及
第三数模转换器，用于将所述控制数字信号转换为控制模拟信号。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述泵浦光源包括光放大器和激光器，光放大器包括半导体光放大器和光纤放大器，激光器包括固体激光器、光纤激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器；和/或
所述微谐振腔芯片为品质因数大于104的高品质因数芯片，且该高品质因数芯片包含以下任一种微谐振腔：微环谐振腔、微球谐振腔和气泡型微谐振腔。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，
所述光栅为以下任一种：光纤光栅、法布里-珀罗腔、原子分子气室和具有波长选择性的晶体；和/或
所述第一隔离器与第二隔离器为偏振敏感型隔离器或者偏振无关型隔离器。
8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光滤波器为以下任一种：光纤光栅滤波器、光纤滤波器、法布里-珀罗滤波器、阵列波导光栅滤波器和具有波长选择模式的其他光学器件；和/或
所述第一光分束器和第二光分束器为以下任一种：光纤分束器、微透镜阵列分束器和全息分束器。
9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述鉴频器包括以下任一种：气体吸收池、法布里-珀罗腔和晶体；和/或
所述第一光电探测器和第二光电探测器为光敏电阻或者PN结光伏探测器。
10.一种光频梳的调整方法，包括：
将产生的光频梳进行分束处理，得到第一分束光；以及将所述第一分束光进行均等分束处理，得到第一子分束光和第二子分束光；
将所述第一子分束光与参考激光进行匹配，并将匹配时产生的抖动频率信号转换成第一电信号；将所述第二子分束光转换成第二电信号；以及将所述第一电信号与第二电信号进行运算，确定控制模拟信号；以及
根据所述控制模拟信号，调整所述光频梳产生模块所产生的光频梳。
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