CN108631143B - 一种超短光脉冲产生设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超短光脉冲产生设备和方法，用以解决现有技术中存在的无法产生稳定的高质量的超短光脉冲的问题。该设备包括：激光产生模块、相位调制模块、第一色散介质、强度调制器、滤波器、补偿模块以及射频电源模块；相位调制模块、第一色散介质、强度调制器共同配合，用于产生具有平顶的光频梳的光信号；滤波器，用于对强度调制器输出的光信号进行光谱整形；补偿模块，用于对滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。第一色散介质可以拉伸经过相位调制模块处理的光信号中的啁啾区域，与射频电源模块驱动的强度调制器配合用于去除非线性啁啾，经过滤波器的光谱整形以及补偿模块消除剩余的线性啁啾，最终产生稳定的无啁啾超短光脉冲。

Description

一种超短光脉冲产生设备和方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种超短光脉冲产生设备和方法。
背景技术
光学中的超短脉冲是指延续时间在10负15次方秒(即飞秒)数量级或延续时间更短的电磁脉冲。超短光脉冲的最直接应用是人们利用它作为光源，形成多种时间分辨光谱技术和泵浦、探测技术，超短脉冲激光在生物理疗领域、通信技术领域和微结构加工等领域的广泛研究与应用直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学等领域的研究和技术应用进入微观超快过程领域。
目前，产生超短光脉冲的方案主要有以下几种：
1、利用锁模激光器产生超短光脉冲：例如通过主动式锁模技术产生高重复率和低占空比的超短光脉冲，但主动锁模光纤激光器易受震动、温度等环境影响，容易产生波长和相位的抖动，影响光脉冲质量；又如，通过半导体锁模激光器虽然能够得到相对稳定的光脉冲质量，且激光器体积小巧，但半导体锁模激光器存在输出功率较低，且重复频率和波长调谐性较差的问题。
2、通过调制器对直流光进行调制进而产生光脉冲：例如采用单个或级联强度调制器作为光开关，该方法输出的光脉冲占空比较高，光脉冲质量较差；又如采用相位调制器对直流光进行相位调制，使脉冲光谱显著展宽，更有利于实现脉冲的压缩，但会引入非线性啁啾，影响光脉冲质量。
3、利用锁模激光器/直流光结合非线性压缩级产生光脉冲：光纤高非线性效应的非线性压缩级对锁模激光器或直流光外调制产生的光脉冲进行处理，能够产生高重复频率超短光脉冲，但由于光脉冲产生过程需要通过高功率光纤放大器进行功率放大会导致光脉冲信噪比恶化，影响光脉冲质量。
综上，现有的超短脉冲的产生方案无法产生稳定的高质量的超短光脉冲。
发明内容
本发明提供一种超短光脉冲产生设备和方法，用以解决现有技术中存在的无法产生稳定的高质量的超短光脉冲的问题。
本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生设备，包括激光产生模块、相位调制模块、第一色散介质、强度调制器、滤波器、补偿模块以及射频电源模块；
激光产生模块、相位调制模块、第一色散介质、强度调制器、滤波器以及补偿模块依次连接；
射频电源模块分别为相位调制模块和强度调制器提供射频信号；
相位调制模块、第一色散介质、强度调制器共同配合，用于产生具有平顶的光频梳的光信号；
滤波器，用于对强度调制器输出的光信号进行光谱整形；
补偿模块，用于对滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。
可选地，强度调制器为马赫曾德尔调制器MZM。
可选地，补偿模块为第二色散介质，第二色散介质与第一色散介质具有相反的色散特性。
可选地，激光产生模块为激光器，用于产生直流光信号。
可选地，相位调制模块包含至少一个相位调制器，相位调制器用于对激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
可选地，射频电源模块包括射频电源和移相器，射频电源为相位调制模块提供射频信号，射频电源经过移相器为强度调制器提供射频信号，其中，移相器可以调节射频电源输出的射频信号的相位。
可选地，第二色散介质和第一色散介质为下列材质中的一种：色散补偿光纤DCF、单模光纤SMF、光纤布拉格光栅FBG。
可选地，第二色散介质的长度是根据第二色散介质的色散特性和第一色散介质确定的。
可选地，滤波器为可编程光带通滤波器OBPF。
本发明实施例提供的一种产生超短光脉冲的方法，包括：
相位调制模块对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调制；
第一色散介质与强度调制器对相位调制模块输出的光信号中的非线性啁啾进行抑制以产生具有平顶的光频梳的光信号，其中，射频电源模块分别为相位调制模块和强度调制器提供射频信号；
滤波器对强度调制器输出的具有平顶的光频梳的光信号进行光谱整形；
补偿模块对滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，使补偿模块输出超短光脉冲。
可选地，射频电源模块分别为相位调制模块和强度调制器提供射频信号，包括：
射频电源模块中的移相器调节射频电源模块中的射频电源模块输出的射频信号的相位，使强度调制器的开关窗口中心与相位调制模块输出的光信号的基底部分中心重合。
在本发明实施例提供的超短光脉冲产生设备中，第一色散介质可以拉伸经过相位调制模块处理的光信号中的啁啾区域，经过射频电源模块驱动的强度调制器可以得到近线性啁啾的具有平顶的光频梳的光脉冲信号，通过光带通滤波器进行光谱整形以使光信号与希望得到的光脉冲的时域信号满足傅里叶变换关系，补偿模块对光信号中的线性啁啾进行补偿，从而产生稳定的无啁啾超短光脉冲。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生设备的结构示意图(一)；
图2为本发明实施例提供的超短光脉冲产生设备中相位调制模块的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种超短光脉冲的产生设备的结构示意图(二)；
图4为本发明实施例提供的经过相位调制器后的直流光信号的光谱图；
图5为本发明实施例提供的第一色散介质输出端口的光脉冲的波形和MZM的开关窗口曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的经MZM调制后的光脉冲的光谱图；
图7为本发明实施例提供的经高斯型OBPF后的光脉冲的光谱图；
图8为本发明实施例提供的第二色散介质输出端口的光脉冲的波形和高斯函数曲线的拟合示意图；
图9为本发明实施例提供的第二色散介质输出端口的光脉冲经过光时分复用器复用后的信号眼图；
图10为本发明实施例提供的经矩形OBPF后的光脉冲的光谱图(二)；
图11本发明实施例提供的第二色散介质输出端口的光脉冲的波形和sinc函数曲线的拟合示意图；
图12为本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例一种超短光脉冲产生设备，该设备包括激光产生模块101、相位调制模块102、第一色散介质103、强度调制器104、滤波器105、补偿模块106以及射频电源模块107；
其中，激光产生模块101、相位调制模块102、第一色散介质103、强度调制器104、滤波器105以及补偿模块106依次连接；
射频电源模块107分别为相位调制模块102和强度调制器104提供射频信号；
相位调制模块102、第一色散介质103、强度调制器104共同配合，用于产生具有平顶的光频梳的光信号；
第一色散介质103，用于拉伸和挤压光信号中的啁啾区域；
滤波器105，用于对强度调制器输出的光信号进行光谱整形；
补偿模块106，用于对滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。
本发明实施例中，由激光产生模块101产生的光信号经过相位调制模块102的处理能够加载啁啾和相位，此后光信号在经过第一色散介质103后，光信号的啁啾区域得到拉伸和压缩，在光信号经过由射频电源模块107驱动的强度调制器104后，可以得到近线性啁啾的具有平顶的光频梳的光脉冲信号，通过滤波器105的整形作用，使得光脉冲信号的光谱与高斯型或者与奈奎斯特型光脉冲的时域波形满足傅里叶变换关系，此后经过补偿模块106对光信号进行线性啁啾补偿就能够得到高斯型或者奈奎斯特型超短光脉冲。因此本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生设备能够解决现有技术中存在的无法产生稳定的高质量的超短光脉冲的问题。
在本发明实施例中，激光产生模块可以是能够产生直流光信号的激光器。另外，这里的激光器只是举例说明，凡是可以产生直流光信号的器件均可以作为激光产生模块。
在本发明实施例中，相位调制模块可以是相位调制器(PM，Phase Modulator)，用于对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调节，由于射频电源模块为相位调制模块提供的信号为射频信号，使得光信号在经过由射频信号驱动的相位调制模块后，产生了啁啾以及与射频信号对应的相位变化，例如，采用余弦射频信号驱动相位调制器，能够使相位调制器在经过的光信号上加载正弦啁啾和余弦相位。
如图2所示，相位调制模块201包含至少一个相位调制器202，其中，相位调制器用于对激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
需要说明的是，射频电源模块向相位调制器提供的射频信号可以是余弦RF(RadioFrequency，射频)信号也可以是正弦RF信号；
激光产生模块产生的直流光信号经过余弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有正弦啁啾和余弦相位；
在射频电源模块的驱动下，相位调制器能够对经过的由激光产生模块产生的直流光信号加载射频类型对应的啁啾和射频类型对应的相位，例如，激光产生模块产生的直流光信号经过正弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有余弦啁啾和正弦相位。此外，采用相位调制器对直流信号进行相位调制，能够展宽脉冲光谱，使得脉冲光谱更容易进行拉伸和压缩。
本发明实施例中，第一色散介质能够对光信号中的啁啾区域进行拉伸和挤压。当相位调制模块输出的光信号在第一色散介质中传播时，由于存在群速度色散效应，也即光信号中不同组成部分在第一色散介质中的群速度和传播速度不同，使得光信号在经过一定长度的第一色散介质后，光信号会有所变化。
另外，对于色散介质来说，可能具有的色散特性有正和负两种，其色散系数可以为正也可以为负。
具体来说，若第一色散介质的色散系数为正，当相位调制模块输出的光信号在第一色散介质中传播时，光信号中高频瞬时频率分量的群速度小，光信号中低频瞬时频率分量的群速度大；光信号中高频瞬时频率分量的传输速度大于光信号中低频瞬时频率分量。光信号在第一色散介质中传输一段距离后，高频瞬时频率分量和低频瞬时频率分量在时域上逐渐远离，光信号的正啁啾区域被拉伸，光信号的负啁啾区域被挤压，其中，正啁啾区域形成光信号的基底部分，对应的正啁啾线性区宽度和二次型相位宽度明显增大。
若第一色散介质的色散系数为负，当相位调制模块输出的光信号在第一色散介质中传播时，光信号中的低频瞬时频率分量的群速度小，光信号中的高频瞬时频率分量的群速度大；光信号中的低频瞬时频率分量的传输速度大于光信号中的高频瞬时频率分量。光信号在第一色散介质中传输一段距离后，低频瞬时频率分量和高频瞬时频率分量在时域上逐渐远离，光信号的负啁啾区域被拉伸，光信号的正啁啾区域被挤压，其中，负啁啾区域形成光信号的基底部分，对应的负啁啾线性区宽度和二次型相位宽度明显增大。
本发明实施例中，强度调制器、第一色散介质以及相位调制模块配合使用，用于消除光信号中的非线性啁啾。由于光信号在经过相位调制模块后使得光信号中存在非线性啁啾，为了保证最后输出的光信号为近无啁啾的光脉冲，需要抑制光信号中的非线性啁啾。例如，通过射频电源模块的驱动，使得强度调制器的开关窗口的中心与经第一色散介质后光信号的基底部分的中心相对齐，即对具有近线性啁啾的基底部分进行时域切割，从而抑制强度调制器输出的光信号中的非线性啁啾。
可选地，射频电源模块包括射频电源和移相器，射频电源为相位调制模块提供射频信号，射频电源经过移相器为强度调制器提供射频信号，其中，移相器可以调节射频电源输出的射频信号的相位。
本发明实施例中，射频电源模块分别提供两路射频信号，即输入到强度调制器的射频信号和输入到相位调制模块的射频信号，其中，输入到强度调制器的射频信号可以经过移相器的调节，使得两路射频信号存在一定的相位差，可以调节移相器使得强度调制器的光开关的开关窗口中心与光信号基底部分的中心对齐，能够有效抑制光信号中的非线性啁啾。其中，本发明实施例中的移相器可以是电移相器。
例如，射频电源经过移相器对强度调制器进行驱动，通过调节移相器，能够使得强度调制器形成的开关窗口的中心与光信号的基底部分的中心相对齐，此时能够有效抑制强度调制器输出的光信号中的非线性啁啾，其中光信号的基底部分是光脉冲在经过第一色散介质时由被拉伸的啁啾区域形成的。在利用强度调制器消除非线性啁啾后，得到的光信号可以具有近平顶的光频梳光谱，也即光信号的光谱是离散的等间距频率的梳状的光谱，其中平顶是指光谱中心的每根谱线间的幅度抖动小于1dB(分贝)。
本发明实施例中，滤波器用于对强度调制器输出的光信号进行光谱整形。例如，将强度调制器输出的近平顶光频梳的光信号的光谱形状整形为高斯型或者奈奎斯特型脉冲的时域波形满足傅里叶变换关系的光谱形状。
本发明实施例中，补偿模块用于对强度调制器输出的光信号进行线性啁啾补偿。由于相位调制模块、第一色散介质、强度调制器共同作用使得激光产生模块产生的光脉冲仅保留线性啁啾，因此需要在输出最终的光脉冲之前补偿线性啁啾。
具体来说，可以通过色散介质或者确定具有色散补偿作用的器件作为补偿模块用于消除光信号中的线性啁啾。
可选地，本发明实施例中的第一色散介质可以是下列中的一种：DCF(DispersionCompensated Fiber，色散补偿光纤)、SMF(Single Mode Fiber，单模光纤)、FBG(FiberBragg Grating，光纤布拉格光栅)
本发明实施例中，可以将DCF、SMF和FBG中的任意一种作为第一色散介质，用以拉伸和压缩经过相位调制器的光信号的啁啾区域。
本发明实施例中，第一色散介质的长度与强度调制器的光开关的开关窗口的宽度相匹配，以方便强度调制器抑制光信号中的非线性啁啾。
可选地，补偿模块为第二色散介质，第二色散介质与第一色散介质具有相反的色散特性；第二色散介质可以是下列中的一种：DCF、SMF以及FBG。
本发明实施例中，补偿模块可以是色散介质，例如可以是DCF、SMF和FBG中的一种，且作为补偿模块的色散介质的色散特性与第一色散介质相反。例如，第一色散介质的色散系数为正，则第二色散介质的色散系数为负；或者，第一色散介质的色散系数为负，第二色散介质的色散系数为正。
可选地，第二色散介质的长度是根据第二色散介质的色散特性和第一色散介质确定的。
本发明实施例中，第二色散介质的长度是根据第二色散介质的色散特性和第一色散介质确定的，也即第二色散介质的长度需要与第二色散介质的色散系数、第一色散介质的长度和色散系数相匹配才能去除由相位调制模块、第一色散介质、强度调制器共同引起的线性啁啾。
可选地，强度调制器为MZM(Mach Zehnder Modulator，马赫曾德尔调制器)。
在本发明实施例中，强度调制器可以是MZM。MZM在射频电源模块的驱动下对经过第一色散介质的光信号进行强度调制，用以产生具有平顶的光频梳的光信号。由于采用MZM作为本发明实施例中的强度调制器，因此可以避免产生静电敏感问题对产生的光脉冲质量造成影响。
具体来说，MZM在射频电源模块的驱动下用于消除经过MZM的光信号中的非线性啁啾。例如，MZM在射频电源模块的驱动下，使得MZM的开关窗口的中心与光信号的具有近线性啁啾的基底部分的中心相对齐，进而抑制强度调制器输出的光信号中的非线性啁啾。
可选地，滤波器是指具有光谱整形功能的滤波器，可以是普通OBPF(Optical BandPass Filter，光带通滤波器)，也可以是可编程OBPF。
其中，可编程OBPF可以通过设置改变OBPF的幅度响应特性，使OBPF具有不同的整形效果，例如可以通过调节可编程OBPF设置使之成为具有高斯型光谱整形功能的OBPF，近平顶光频梳的光信号经过高斯型的OBPF后可以具有高斯光谱；也可以通过调节可编程OBPF设置使之成为具有矩形光谱整形功能的OBPF，具有平顶光频梳的光信号经过矩形的OBPF后，可以产生近矩形光谱。基于可编程OBPF，本发明实施例只需要通过调整OBPF的配置就可以实现输出光信号在高斯型超短光脉冲和奈奎斯特型超短光脉冲之间进行切换。
如图3所示，本发明实施例提供了一种产生超短光脉冲的设备，其中包括激光器301、相位调制器302、第一色散介质303、MZM304、滤波器305、第二色散介质306，射频电源307以及移相器308；
激光器301、相位调制器302、第一色散介质303、MZM304、滤波器305以及第二色散介质306依次相连；
射频电源307用于驱动相位调制器302，以及通过移相器308驱动MZM304；
其中，图3所示的产生超短光脉冲的设备中的各个器件的型号以及设备参数可以根据实际需要进行选择，下面简单介绍一种具体器件的组合方式：
激光器选择分布反馈(Distributed Feedback)激光器，型号为Agilent81980A，其射出的直流光信号中心波长为1544.9nm(纳米)；相位调制器的型号为EOSPACE PM-5V4-40，由射频电源的提供的射频信号驱动，射频信号为频率为25GHz(吉赫兹)正弦射频信号，相位调制系数约为4π，射频电源的型号为Agilent N5183A。如图4所示，经过相位调制器后具有非线性啁啾的直流光信号的光谱图(其中横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为功率，单位为dBm(分贝毫X))，其中靠近中心的35根光谱线的平坦度约为31dB。
第一色散介质采用累积色散量为-2ps/nm(皮秒每纳米)的DCF，用于拉伸直流光信号中的正啁啾；MZM的型号为SUMITOMO T.MXH1.5DP-40PD-ADC-LV-S-C；射频信号经过移相器调节后输入到MZM，使MZM的开关窗口中心与相位调节器输出的直流光信号的正啁啾区也即光信号的基底部分的中心对准；如图5所示，实线为第一色散介质输出端口的光脉冲的波形，空心线为MZM调整的开关窗口，其中横坐标为时间，单位为ps(皮秒)，纵坐标为功率，单位为mW(毫瓦)；经MZM后，靠近光谱中心的23根光谱线的平坦度约1dB，如图6所示。
在经过MZM产生近平顶光频梳的光脉冲的基础上，通过高斯型OBPF控制光谱形状，即可实现光谱整形，产生如图7所示的近高斯型光谱(其中图7的横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为功率，单位为dBm)。OBPF的中心波长为1544.9nm、3-dB带宽为2.6nm。经作为第二色散介质的长度为310m的SMF线性啁啾补偿后，如图8所示，脉冲波形(如图中实线所示)与半高全宽为约1.6ps的高斯函数(如图中空心线所示)高度重合(其中图8的横坐标为时间，单位为ps，纵坐标为功率，单位为mW)。经计算，该脉冲的时间带宽积为约0.45。因此，该脉冲为近无啁啾的高斯脉冲，其占空比为约4％。经开关键控(OOK)调制及1×8无源光时分复用器复用后，信号眼图如图9所示，复用后的8×25-Gb/s OTDM(Optical Time DivisionMultiplexing，时分复用)信号在时域上没有明显的码间串扰，并具有较清晰的眼图张开度(其中图9的横坐标为时间，单位为ps，纵坐标为功率，单位为mW)。
另外，在经过MZM产生近平顶光频梳的光脉冲的基础上，通过近矩形OBPF控制光谱形状，还可以产生如图10所示的近矩形光谱(其中图10的横坐标为波长，单位为nm，纵坐标为功率，单位为dBm)。该光谱的边带抑制比为约30dB，且该OBPF的中心波长为1544.9nm、带宽为4.4nm。经作为第二色散介质的长度为310m的SMF线性啁啾补偿后，脉冲波形(如图中实线所示)与半高全宽为约1.6ps的sinc(辛格)函数(如图中空心线所示)高度重合，如图11所示(其中图11的横坐标为时间，单位为ps，纵坐标为功率，单位为mW)。因此，该脉冲为近无啁啾的奈奎斯特脉冲，其占空比为约4％。其中，光脉冲的波形和光谱分别由500GHz光采样示波器(EXFO PSO-102)和光谱仪(Ando AQ6317)观测。
基于以上实施例，本发明提供的超短光脉冲产生设备能够产生近无啁啾的高斯型超短光脉冲或者奈奎斯特型超短光脉冲，并且只需要调整OBPF的配置就可以实现在两种输出光脉冲之间进行切换。
基于同一发明构思，本发现实施例还提供了一种超短光脉冲产生方法，由于该方法解决问题的原理与本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生设备相似，因此该方法的实施可以参见设备的实施，重复之处不再赘述。
如图12所示，本发明实施例提供的超短光脉冲产生方法包括以下步骤：
步骤1201：相位调制模块对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调制；
步骤1202：第一色散介质与强度调制器对相位调制模块输出的光信号中的非线性啁啾进行抑制以产生具有平顶的光频梳的光信号，其中，射频电源模块分别为相位调制模块和强度调制器提供射频信号；
步骤1203：滤波器对强度调制器输出的具有平顶的光频梳的光信号进行光谱整形；
步骤1204：补偿模块对滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，使补偿模块输出超短光脉冲。
由激光产生模块产生的光信号经过相位调制模块的相位调制能够加载啁啾和相位，此后光信号在经过第一色散介质后，光信号的啁啾区域得到拉伸和压缩，在光信号经过由射频电源模块驱动的强度调制器后，可以得到近线性啁啾的具有平顶的光频梳的光脉冲信号，通过滤波器的整形作用，使得光脉冲信号的光谱与高斯型或者与奈奎斯特型光脉冲的时域波形满足傅里叶变换关系，此后经过补偿模块对光信号进行线性啁啾补偿就能够得到高斯型或者奈奎斯特型超短光脉冲。因此本发明实施例提供的一种超短光脉冲产生方法能够解决现有技术中存在的无法产生稳定的高质量的超短光脉冲的问题。
在本发明实施例中，相位调制模块可以是相位调制器PM，用于对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调节，由于射频电源模块为相位调制模块提供的信号为射频信号，使得光信号在经过由射频信号驱动的相位调制模块后，产生了啁啾以及与射频信号对应的相位变化，例如，采用余弦射频信号驱动相位调制器，能够使相位调制器在经过的光信号上加载正弦啁啾和余弦相位。
可选地，射频电源模块分别为相位调制模块和强度调制器提供射频信号，包括：射频电源模块中的移相器调节射频电源模块中的射频电源模块输出的射频信号的相位，使强度调制器的开关窗口中心与相位调制模块输出的光信号的基底部分中心重合。
本发明实施例中，射频电源模块分别提供两路射频信号，即输入到强度调制器的射频信号和输入到相位调制模块的射频信号，其中，输入到强度调制器的射频信号可以经过移相器的调节，使得两路射频信号存在一定的相位差，可以调节移相器使得强度调制器的光开关的开关窗口中心与光信号基底部分的中心对齐，能够有效抑制光信号中的非线性啁啾。其中，本发明实施例中的移相器可以是电移相器。
本发明实施例中，第一色散介质能够对光信号中的啁啾区域进行拉伸和挤压。当相位调制模块输出的光信号在第一色散介质中传播时，由于存在群速度色散效应，也即光信号中不同组成部分在第一色散介质中的群速度和传播速度不同，使得光信号在经过一定长度的第一色散介质后，光信号会产生相应变化。其中第一色散介质可以是DCF、SMF或者FBG。
在利用第一色散介质以及强度调制器消除非线性啁啾后，得到的光信号可以具有近平顶的光频梳光谱，也即光信号的光谱是离散的等间距频率的梳状的光谱，其中平顶是指光谱中心的每根谱线间的幅度抖动小于1dB。
可选地，强度调制器为马赫曾德尔调制器MZM。
在本发明实施例中，强度调制器可以是MZM。MZM在射频电源模块的驱动下对经过第一色散介质的光信号进行强度调制，用以产生具有平顶的光频梳的光信号。由于采用MZM作为本发明实施例中的强度调制器，因此可以避免产生静电敏感问题对产生的光脉冲质量造成影响。
可选地，补偿模块为第二色散介质，第二色散介质与第一色散介质具有相反的色散特性；第二色散介质可以是下列中的一种：DCF、SMF以及FBG。
本发明实施例中，补偿模块可以是色散介质，例如可以是DCF、SMF和FBG中的一种，且作为补偿模块的色散介质的色散特性与第一色散介质相反。例如，第一色散介质的色散系数为正，则第二色散介质的色散系数为负；或者，第一色散介质的色散系数为负，第二色散介质的色散系数为正。
可选地，激光产生模块为激光器，用于产生直流光信号。
在本发明实施例中，激光产生模块可以是能够产生直流光信号的激光器。另外，这里的激光器只是举例说明，凡是可以产生直流光信号的器件均可以作为激光产生模块。
可选地，相位调制模块包含至少一个相位调制器，相位调制器用于对激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
相位调制模块可以是相位调制器，用于对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调节，由于射频电源模块为相位调制模块提供的信号为射频信号，使得光信号在经过由射频信号驱动的相位调制模块后，产生了啁啾以及与射频信号对应的相位变化，例如，采用余弦射频信号驱动相位调制器，能够使相位调制器在经过的光信号上加载正弦啁啾和余弦相位。
可选地，射频电源模块包括射频电源和移相器，射频电源为相位调制模块提供射频信号，射频电源经过移相器为强度调制器提供射频信号，其中，移相器可以调节射频电源输出的射频信号的相位。
本发明实施例中，射频电源模块分别提供两路射频信号，即输入到强度调制器的射频信号和输入到相位调制模块的射频信号，其中，输入到强度调制器的射频信号可以经过移相器的调节，使得两路射频信号存在一定的相位差，可以调节移相器使得强度调制器的光开关的开关窗口中心与光信号基底部分的中心对齐，能够有效抑制光信号中的非线性啁啾。其中，本发明实施例中的移相器可以是电移相器。
可选地，第二色散介质的长度是根据第二色散介质的色散特性和第一色散介质确定的。
本发明实施例中，第二色散介质的长度是根据第二色散介质的色散特性和第一色散介质确定的，也即第二色散介质的长度需要与第二色散介质的色散系数、第一色散介质的长度和色散系数相匹配才能去除由相位调制模块、第一色散介质、强度调制器共同引起的线性啁啾。
可选地，滤波器是指具有光谱整形功能的滤波器，可以是普通OBPF，也可以是可编程OBPF。
其中，可编程OBPF可以通过设置改变OBPF的幅度响应特性，使OBPF具有不同的整形效果，例如可以通过调节可编程OBPF设置使之成为具有高斯型光谱整形功能的OBPF，近平顶光频梳的光信号经过高斯型的OBPF后可以具有高斯光谱；也可以通过调节可编程OBPF设置使之成为具有矩形光谱整形功能的OBPF，具有平顶光频梳的光信号经过矩形的OBPF后，可以产生近矩形光谱。基于可编程OBPF，本发明实施例只需要通过调整OBPF的配置就可以实现输出光信号在高斯型超短光脉冲和奈奎斯特型超短光脉冲之间进行切换。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种超短光脉冲产生设备，其特征在于，该设备包括激光产生模块、相位调制模块、第一色散介质、强度调制器、滤波器、补偿模块以及射频电源模块；
所述激光产生模块、所述相位调制模块、所述第一色散介质、所述强度调制器、所述滤波器以及所述补偿模块依次连接；
所述射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号，所述射频电源模块包括射频电源以及移相器，通过所述射频电源模块的驱动，使得所述强度调制器的开关窗口的中心与经所述第一色散介质后光信号的基底部分的中心相对齐；
所述相位调制模块、所述第一色散介质、所述强度调制器共同配合，用于产生具有平顶的光频梳的光信号；
所述滤波器，用于对所述强度调制器输出的光信号进行光谱整形；
所述补偿模块，用于对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述强度调制器为马赫曾德尔调制器MZM。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述补偿模块为第二色散介质，所述第二色散介质与所述第一色散介质具有相反的色散特性。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述激光产生模块为激光器，用于产生直流光信号。
5.如权利要求1或4所述的设备，其特征在于，所述相位调制模块包含至少一个相位调制器，所述相位调制器用于对所述激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述射频电源模块包括射频电源和移相器，所述射频电源为所述相位调制模块提供射频信号，所述射频电源经过所述移相器为所述强度调制器提供射频信号，其中，所述移相器调节所述射频电源输出的射频信号的相位。
7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二色散介质的长度是根据所述第二色散介质的色散特性和所述第一色散介质确定的。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述滤波器为可编程光带通滤波器OBPF。
9.一种产生超短光脉冲的方法，其特征在于，该方法包括：
相位调制模块对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调制；
第一色散介质与强度调制器对相位调制模块输出的光信号中的非线性啁啾进行抑制以产生具有平顶的光频梳的光信号，其中，射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号，所述射频电源模块包括射频电源以及移相器，通过所述射频电源模块的驱动，使得所述强度调制器的开关窗口的中心与经所述第一色散介质后光信号的基底部分的中心相对齐；
滤波器对所述强度调制器输出的具有平顶的光频梳的光信号进行光谱整形；
补偿模块对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，使所述补偿模块输出超短光脉冲。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号，包括：
所述射频电源模块中的移相器调节所述射频电源模块中的射频电源模块输出的射频信号的相位，使所述强度调制器的开关窗口中心与所述相位调制模块输出的光信号的基底部分中心重合。
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