CN107612625B - 一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法，包括可调激光器、第一偏振控制器、微波源、微波放大器、马赫曾德尔调制器、可调光衰减器、第二偏振控制器、光环形器和DFB激光器；可调激光器的输出光经第一偏振控制器后进入马赫曾德尔调制器，用10GHz的正弦信号进行强度调制；随后调制光信号通过可调光衰减器和第二偏振控制器，进入光环形器，并用无隔离器的DFB激光器注入锁定到调制光信号的一阶边带上，使得载波和各边带间实现相位相关，从而产生四波混频效应，使得输出光谱被展宽，即出现高阶边带分量，产生重复频率为10GHz、脉宽为25ps的连续高速脉冲。本发明提出的产生连续高速脉冲的方法，具有实验装置简单，重复频率可调的优点。

Description

一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法
技术领域
本发明涉及一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法。
背景技术
随着通信网络规模和数据量的飞速增长，通信系统不仅需要超快的传输速度和超长的传输距离，更加需要超大的传输容量。不同于传统的电复用具有电子迁移率的限制，全光网络只在信号进出网络时才进行光电转换和电光转换，提高了传输速率和网络资源利用率。全光网络中的光波分复用技术、光时分复用技术和高速光信号处理系统，都对高重复速率、窄脉宽和具有良好稳定性的光脉冲有着迫切的需求。作为决定全光网络性能的关键部分，连续高速光脉冲是具有重大研究意义和研究价值的。
由于连续高速脉冲巨大的科研价值和市场潜力，国内外有大量的研究所和机构很早便投入了对它的研发，常用的产生光脉冲的方法包括半导体锁模激光器，锁模光纤环激光器，以及光电振荡器等等，这些方案使用的设备精密，器件繁多，实验方法较为复杂，往往需要控制部分来保证其稳定工作，并存在频率漂移或起振时间较长等问题。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法，解决了现有产生高速脉冲方法实验装置复杂，成本较高，操作繁琐的不足。本发明系统结构简单，可操作性强，在注入锁定的条件下，通过多级四波混频效应，即可产生连续高速脉冲，具有较好的稳定性，且脉冲重复频率调节方便。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法，将可调激光器、马赫曾德尔调制器、可调光衰减器、光环形器和DFB激光器依次布置形成光路；在可调激光器与所述马赫曾德尔调制器之间设有第一偏振控制器，在所述可调光衰减器与光环形器之间设有第二偏振控制器，并用微波源和微波放大器为所述马赫曾德尔调制器提供微波正弦信号，所述可调激光器输出的直流光信号，经过所述第一偏振控制器调节偏振态后，进入所述马赫曾德尔调制器，在所述马赫曾德尔调制器处用一个10GHz的微波正弦信号对该光信号进行强度调制后获得调制光信号；从所述马赫曾德尔调制器输出的调制光信号，通过所述可调光衰减器和所述第二偏振控制器，进入所述光环形器的1口，其中，所述第二偏振控制器用于调节调制光信号和所述DFB激光器输出的直流光之间的相位关系，以实现注入锁定；在所述光环形器的2口处，用所述DFB激光器注入锁定到调制光信号的一阶边带上，注入到所述DFB激光器上的光功率为-18dBm～-12dBm，从而使得注入边带被谐振放大，并放大相邻载波和边带；从所述光环形器的3口输出的光信号产生多个高阶边带分量，在时域上体现为连续高速脉冲，脉冲重复频率为10GHz，脉宽为25ps。
注入到所述DFB激光器上的光功率优选为-13dBm
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的产生连续高速脉冲的方法使用DFB激光器注入锁定到调制光信号的一阶边带上，使得DFB激光器和调制光间具有相位相干的特点，同时光功率明显增大，满足四波混频效应的发生条件，在注入功率适当时，输出光谱在多级四波混频效应的作用下被展宽，产生高阶边带分量，从而生成连续高速脉冲，实验所需调节的参数较少，得到的脉冲信号稳定性好且脉宽较窄，实验装置简单，系统光功率衰减较小，能量利用率高，减少了多余器件对信号的影响，简化了实验方案。本发明产生的连续高速脉冲的重复频率可调且调节操作简单，方法是调整调制微波正弦信号频率，同时通过调整DFB激光器驱动电路的电流驱动参数，将其中心频率移至调制光信号一阶边带的锁定范围内，来改变产生脉冲的重复频率，不需要再次更改调制器偏压等参数。本发明具有实验装置简单，重复频率可调的优点。
附图说明
图1为本发明基于注入锁定产生连续高速脉冲的实验装置图；
图2为本发明中注入锁定DFB激光器之前的光谱图；
图3为本发明中注入锁定DFB激光器之后输出的光谱图；
图4为本发明中注入锁定DFB激光器之后输出的时域图；
图中：
实线为光路，虚线为射频线路，1-可调激光器，2-第一偏振控制器，3-微波源，4-微波放大器，5-马赫曾德尔调制器，6-可调光衰减器，7-第二偏振控制器，8-光环形器，9-DFB激光器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明的设计思路是，使用马赫曾德尔调制器将一个微波正弦信号调制到可调激光器输出的直流光信号上，调制后的光信号在光谱上载波两侧出现两个一阶边带，并经过一个偏振控制器和环形器注入到DFB激光器，通过调整DFB激光器的驱动电路的参数，使其中心频率处于调制光信号一阶边带的锁定范围内，从而注入锁定在调制光信号的一阶边带上，使得DFB激光器和调制光之间的相位相干，同时光功率明显增大，在多级四波混频效应的作用下，输出光信号光谱被展宽，产生高阶边带分量，生成连续高速脉冲，生成脉冲的重复频率与微波调制信号一致。
如图1所示，本发明提出的基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法所用到的器件包括可调激光器1、第一偏振控制器2、微波源3、微波放大器4、马赫曾德尔调制器5、可调光衰减器6、第二偏振控制器7、光环形器8和DFB激光器9。其中，依次布置的可调激光器1、马赫曾德尔调制器5、可调光衰减器6、光环形器8和DFB激光器9形成一光路，并在可调激光器1与所述马赫曾德尔调制器5之间设有第一偏振控制器2，在所述可调光衰减器6与光环形器8之间设有第二偏振控制器7，用微波源3和微波放大器4为所述马赫曾德尔调制器5提供微波正弦信号，其中微波放大器4是8GHz～10GHz的宽带放大器且增益为20dB。
本发明提出的基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法的具体步骤是：
所述可调激光器1输出一个中心频率是1553.988nm的直流光信号，经过所述第一偏振控制器2后，在所述马赫曾德尔调制器5处用一个10GHz的微波正弦信号对其进行调制，调制后的光信号具有两个一阶边带，所述第一偏振控制器2用于调节光信号的偏振态，从而获得最高调制效率；从所述马赫曾德尔调制器5输出的调制光信号，经过所述可调光衰减器6和所述第二偏振控制器7，进入所述光环形器8的1口，所述可调光衰减器6调节注入光功率，所述第二偏振控制器7用于调节调制光信号和所述DFB激光器9输出的直流光之间的相位关系，以实现注入锁定；所述光环形器8的2口处与所述DFB激光器9相连，所述DFB激光器9设有隔离器，调节所述DFB激光器9的驱动电路参数，使其中心频率为1553.908nm，即调制光信号的一阶边带附近，此时调整所述第二偏振控制器7和微调所述DFB激光器9的驱动电路参数，使所述DFB激光器9的中心频率移动至调制光信号一阶边带的锁定范围内，发生注入锁定和四波混频效应，产生新的高阶边带。本发明中，通过调节所述光衰减器6，使得注入所述DFB激光器9的功率在-18dBm～-12dBm之间，优选为-13dBm。将所述DFB激光器9注入锁定到调制光信号的一阶边带上，由于注入锁定后，则注入边带被谐振放大，并放大相邻载波和边带，使得光信号的载波和各边带间实现了相位相关，且输出光功率明显增大，发生多级四波混频效应，从而产生四波混频效应，使得光环形器3口的输出光谱被展宽，即出现高阶边带分量，本发明中，通过改变调制微波信号的频率和所述DFB激光器9的驱动电路参数，可以改变生成连续高速脉冲的重复频率，重复频率与调制信号频率一致，脉宽较窄。用光示波器检测，最终可以产生重复频率为10GHz、脉宽为25ps的连续高速脉冲；图2和图3分别示出了注入锁定DFB激光器前、后的光谱图。在时域上体现为连续高速脉冲，图4示出了注入锁定DFB激光器之后输出的时域图。
本发明中，在所述马赫曾德尔调制器5处，根据式1，用正弦微波信号V(t)＝Vmcos(ωmt)对可调激光器1输出的直流光进行强度调制，这里Vm是驱动信号振幅，ωm是驱动信号角频率。调整所述第一偏振控制器2，使得调制效率最高。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
在式(1)中，Eout(t)是近似的输出光场，E0是光电场振幅，
Figure GDA0002258781520000041
是通过直流偏置电压决定的相移，Vπ是调制器的半波电压，ω0是正弦信号的角中心频率。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法，将可调激光器(1)、马赫曾德尔调制器(5)、可调光衰减器(6)、光环形器(8)和DFB激光器(9)依次布置形成光路；在可调激光器(1)与所述马赫曾德尔调制器(5)之间设有第一偏振控制器(2)，在所述可调光衰减器(6)与光环形器(8)之间设有第二偏振控制器(7)，并用微波源(3)和微波放大器(4)为所述马赫曾德尔调制器(5)提供微波正弦信号，其特征在于：
所述可调激光器(1)输出的直流光信号，经过所述第一偏振控制器(2)调节偏振态后，进入所述马赫曾德尔调制器(5)，在所述马赫曾德尔调制器(5)处用一个10GHz的微波正弦信号对该光信号进行强度调制后获得调制光信号；
从所述马赫曾德尔调制器(5)输出的调制光信号，通过所述可调光衰减器(6)和所述第二偏振控制器(7)，进入所述光环形器(8)的1口，其中，所述第二偏振控制器(7)用于调节调制光信号和所述DFB激光器(9)输出的直流光之间的相位关系，以实现注入锁定；
所述光环形器(8)的2口处与所述DFB激光器(9)相连，所述DFB激光器(9)设有隔离器，调节所述DFB激光器(9)的驱动电路参数，使其中心频率为1553.908nm，即调制光信号的一阶边带附近，此时调整所述第二偏振控制器(7)和微调所述DFB激光器(9)的驱动电路参数，使所述DFB激光器(9)的中心频率移动至调制光信号一阶边带的锁定范围内，发生注入锁定和四波混频效应，产生新的高阶边带，通过调节所述光衰减器(6)调节注入到DFB激光器(9)的光功率为-18dBm～-12dBm，从而使得注入边带被谐振放大，并放大相邻载波和边带；
从所述光环形器(8)的3口输出的光信号产生多个高阶边带分量，在时域上体现为连续高速脉冲，脉冲重复频率为10GHz，脉宽为25ps。
2.根据权利要求1所述基于注入锁定产生连续高速脉冲的方法，其特征在于，注入到所述DFB激光器(9)上的光功率为-13dBm。
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