CN110149152A - 基于偏振调制器的单向循环频移梳状谱发生系统及其应用方法 - Google Patents

基于偏振调制器的单向循环频移梳状谱发生系统及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于偏振调制器的单向循环频移梳状谱发生系统及其应用方法。系统中种子光源输出多频种子光，种子光经耦合器后，被环路中的偏振单边带调制器PSSBM调制，通过合理选择环路中光放大器增益条件和带通滤波器带宽，使环路不断地循环产生新频率成分的谱线。本系统包括半导体激光器、耦合器、偏振控制器、偏振调制器、偏振器、带通滤波器、相位调制器、光放大器、光可调延时线、光频谱分析仪、偏振分束器、偏振合束器、微波信号源，以及电压源。本发明利用偏振调制器不需要直流控制的特性，既减小驱动电压功率，也节省对直流电压的控制；通过对种子光源扩展，能减少环路循环次数，并降低噪声积累的影响。

Description

基于偏振调制器的单向循环频移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偏振调制器的单向循环频移梳状谱发生系统及其应用方法。
背景技术
梳状谱是一种具有梳状频率谱的光源，其在高精度频标、精密测距、微波光子学信号处理、任意波形发生器、密集波分复用等相关领域有重要的应用。鉴于其重要理论意义和应用价值，梳状谱正成为相关领域研究的热点。近年来，光通信技术不断进步，光器件成本逐渐下降，促进了梳状谱发生器技术的发展。关于梳状谱的产生方案主要有：基于锁模激光器法、基于单个调制器法、基于级联调制器法、基于调制器及色散介质法和基于循环频移法。其中，基于循环频移法的主要方式有：加拿大墨尔本大学提出了基于I/Q调制器的循环频移产生128根、边模抑制比为20dB的梳状谱产生方案；复旦大学提出了基于相位调制器的循环频移法产生112根边模抑制比为21dB、平坦度为5dB的梳状谱产生方案；日本电报与电话公司提出了基于相位调制器及色散介质产生61根平坦度在8dB范围之内的梳状谱产生方案等等。这些方案系统结构较为复杂，也很难在实际应用中得到普及。所以，如何更有效地产生梳齿数量更多、梳齿间隔更大、平坦度更好、以及结构更简单的梳状谱，仍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，提供一种基于偏振调制器的单向循环频移梳状谱发生系统及其应用方法，系统易于实现，输出梳状光谱的平坦度高，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经过一个偏振调制器PolM输出五根谱线的梳状谱作为种子光源，通过光偏振控制耦合器PMOC向环路注入种子光，经单环路的单边带调制后在光耦合器的输出端输出，得到平坦稳定的梳状谱。该方法不仅能有效增加梳状谱的根数和平坦度，而且能提高系统稳定性，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：
一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统，包括种子光源和偏振单边带调制器PSSBM，所述种子光源输出口经过一个偏振控制器PC1与一个光偏振控制耦合器PMOC第一输入口(1')相连，另一个偏振控制器PC2输出口与所述光偏振控制耦合器PMOC第二输入口(2')相连，所述光偏振控制耦合器PMOC第一输出口(4')与一个光频谱分析仪OSA输入口相连，所述光偏振控制耦合器PMOC第二输出口(3')与一个偏振单边带调制器PSSBM相连，所述偏振单边带调制器PSSBM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与所述偏振控制器PC2输入口相连，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，一个偏振调制器PolM，偏振控制器PC3及偏振控制器PC4，一个第一偏振器Pol1，一个带通滤波器BF；其中，所述半导体激光器ECL输出口经过一个偏振控制器PC3与所述偏振调制器PolM输入口相连，该偏振调制器PolM的RF电极与第一微波信号源RF1输出口相连，所述偏振调制器PolM输出口经过一个偏振控制器PC4与所述第一偏振器Pol1输入口相连，所述第一偏振器Pol1输出口与所述带通滤波器BF输入口相连。
所述偏振单边带调制器PSSBM的结构：包括第一偏振调制器PolM1，第二偏振调制器PolM2，一个相位调制器PM，一个偏振分束器PBS，一个偏振合束器PBC，偏振控制器PC5及偏振控制器PC6，一个第二偏振器Pol2；所述偏振控制器PC5输出口与所述偏振分束器PBS输入口相连，所述偏振分束器PBS输出口分别与第一偏振调制器PolM1、第二偏振调制器PolM2的输入口相连，第一偏振调制器PolM1的RF电极与第二微波信号源RF2输出口相连，第二偏振调制器PolM2的RF电极经过一个移相器与所述第二微波信号源RF2输出口相连，所述第二偏振调制器PolM2输出口与所述相位调制器PM输入口相连，相位调制器PM的直流电极与一个电压源相连，所述第一偏振调制器PolM1和所述相位调制器PM的输出口分别与一个偏振合束器PBC的输入口相连，所述偏振合束器PBC的输出口与偏振控制器PC6输入口相连，所述偏振控制器PC6输出口与第二偏振器Pol2输入口相连。
一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统应用方法，采用上述的基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统进行操作，所述的种子光源输出种子光经过一个偏振控制器PC1到光偏振控制耦合器PMOC，经由所述光偏振控制耦合器PMOC第二输出口(3')进入光环路与偏振单边带调制器PSSBM输入口相连，经所述偏振单边带调制器PSSBM调制后的信号依次通过光放大器SOA、带通滤波器、光可调延时线和偏振控制器PC2进入光偏振控制耦合器PMOC第二输入口(2')，所述光偏振控制耦合器PMOC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输出光波经过偏振调制器PC3到偏振调制器PolM中进行偏振调制，再通过一个偏振控制器PC4和第一偏振器Pol1后，产生五根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光偏振控制耦合器PMOC耦合作用后输入环路，在环路中先经过一个偏振控制器PC5再经过偏振分束器PBS将光分成两份正交的偏振光；所述第一偏振调制器PolM1对一份光进行了调制；所述第二偏振调制器PolM2和所述相位调制器PM对另一份光进行了调制；对所述第一偏振调制器PolM1的RF电极和所述第二偏振调制器PolM2的RF电极分别输入余弦射频信号和同频的正弦射频信号，所述相位调制器PM的直流电极输入电压源；两份调制过的光经过偏振合束器PBC、偏振调制器PC6和第二偏振器Pol2，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、光可调延时线和偏振控制器PC2与种子光源输入的种子光在光偏振控制耦合器PMOC耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被偏振单边带调制器PSSBM调制，在光放大器SOA合理的增益条件下，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出带通滤波器通带，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)本系统采用基于偏振调制器的五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)系统采用偏振调制器不仅减小了驱动电压功率，也节省了对直流电压的控制；3)系统利用基于循环频移的方法，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；4)本系统采用光可调延时线，能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偏振调制的单向循环频移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系统中偏振单边带调制器PSSBM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3，一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统，包括种子光源(1)和偏振单边带调制器PSSBM(5)，种子光源(1)输出口经过一个偏振控制器PC1(2)与一个光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输入口(1')相连，另一个偏振控制器PC2(9)输出口与所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输入口(2')相连，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输出口(4')与一个光频谱分析仪OSA(4)输入口相连，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输出口(3')与一个偏振单边带调制器PSSBM(5)相连，所述偏振单边带调制器PSSBM(5)的输出口与一个光放大器SOA(6)输入口相连，所述光放大器SOA(6)输出口与一个带通滤波器(7)输入口相连，所述带通滤波器(7)输出口与一个光可调延时线(8)输入口相连，所述光可调延时线(8)输出口与所述偏振控制器PC2(9)输入口相连，构成系统环路。
所述种子光源(1)包括一个半导体激光器ECL(10)，一个偏振调制器PolM(12)，偏振控制器PC3(11)及偏振控制器PC4(15)，一个第一偏振器Pol1(16)，一个带通滤波器BF(17)；其中，所述半导体激光器ECL(10)输出口经过一个偏振控制器PC3(11)与所述偏振调制器PolM(12)输入口相连，该偏振调制器PolM的RF电极(14)与第一微波信号源RF1(13)输出口相连，所述偏振调制器PolM(12)输出口经过一个偏振控制器PC4(15)与所述第一偏振器Pol1(16)输入口相连，所述第一偏振器Pol1(16)输出口与所述带通滤波器BF(17)输入口相连。
所述偏振单边带调制器PSSBM(5)包括第一偏振调制器PolM1(21)，第二偏振调制器PolM2(27)，一个相位调制器PM(29)，一个偏振分束器PBS(19)，一个偏振合束器PBC(24)，偏振控制器PC5(18)及偏振控制器PC6(25)，一个第二偏振器Pol2(26)；所述偏振控制器PC5(18)输出口与所述偏振分束器PBS(19)输入口相连，所述偏振分束器PBS(19)输出口分别与第一偏振调制器PolM1(21)、第二偏振调制器PolM2(27)的输入口相连，第一偏振调制器PolM1的RF电极(23)与第二微波信号源RF2(22)输出口相连，第二偏振调制器PolM2的RF电极(28)经过一个移相器与所述第二微波信号源RF2(22)输出口相连，所述第二偏振调制器PolM2(27)输出口与所述相位调制器PM(29)输入口相连，相位调制器PM的直流电极(30)与一个电压源(31)相连，所述第一偏振调制器PolM1(21)和所述相位调制器PM(29)的输出口分别与一个偏振合束器PBC(24)的输入口相连，所述偏振合束器PBC(24)的输出口与偏振控制器PC6(25)输入口相连，所述偏振控制器PC6(25)输出口与第二偏振器Pol2(26)输入口相连。
实施例二：
参见图1～图3，一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统应用方法，采用上述的基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统进行操作，所述的种子光源(1)输出种子光经过一个偏振控制器PC1(2)到光偏振控制耦合器PMOC(3)，经由所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输出口(3')进入光环路与偏振单边带调制器PSSBM(5)输入口相连，经所述偏振单边带调制器PSSBM(5)调制后的信号依次通过光放大器SOA(6)、带通滤波器(7)、光可调延时线(8)和偏振控制器PC2(9)进入光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输入口(2')，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输出口(4')连接光频谱分析仪OSA(4)输入口；具体表现在：所述半导体激光器ECL(10)输出光波经过偏振调制器PC3(11)到偏振调制器PolM(12)中进行偏振调制，再通过一个偏振控制器PC4(15)和第一偏振器Pol1(16)后，产生五根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光偏振控制耦合器PMOC(3)耦合作用后输入环路，在环路中先经过一个偏振控制器PC5(18)再经过偏振分束器PBS(19)将光分成两份正交的偏振光；所述第一偏振调制器PolM1(21)对一份光进行了调制；所述第二偏振调制器PolM2(27)和所述相位调制器PM(29)对另一份光进行了调制；对所述第一偏振调制器PolM1的RF电极(23)和所述第二偏振调制器PolM2的RF电极(28)分别输入余弦射频信号和同频的正弦射频信号，所述相位调制器PM的直流电极(30)输入电压源(31)；两份调制过的光经过偏振合束器PBC(24)、偏振调制器PC6(25)和第二偏振器Pol2(26)，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(6)、带通滤波器(7)、光可调延时线(8)和偏振控制器PC2(9)与种子光源(1)输入的种子光在光偏振控制耦合器PMOC(3)耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被偏振单边带调制器PSSBM(5)调制，在光放大器SOA(6)合理的增益条件下，生成所需根数的平坦的梳状谱；带通滤波器(7)带宽决定梳状谱的根数，当上变频产生的梳状谱频率超出带通滤波器(7)通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。

Claims (4)

1.一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统，包括种子光源(1)和偏振单边带调制器PSSBM(5)，其特征在于：种子光源(1)输出口经过一个偏振控制器PC1(2)与一个光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输入口(1')相连，另一个偏振控制器PC2(9)输出口与所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输入口(2')相连，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输出口(4')与一个光频谱分析仪OSA(4)输入口相连，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输出口(3')与一个偏振单边带调制器PSSBM(5)相连，所述偏振单边带调制器PSSBM(5)的输出口与一个光放大器SOA(6)输入口相连，所述光放大器SOA(6)输出口与一个带通滤波器(7)输入口相连，所述带通滤波器(7)输出口与一个光可调延时线(8)输入口相连，所述光可调延时线(8)输出口与所述偏振控制器PC2(9)输入口相连，构成系统环路。
2.根据权利要求1所述的基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统，其特征在于，所述种子光源(1)包括一个半导体激光器ECL(10)，一个偏振调制器PolM(12)，偏振控制器PC3(11)及偏振控制器PC4(15)，一个第一偏振器Pol1(16)，一个带通滤波器BF(17)；其中，所述半导体激光器ECL(10)输出口经过一个偏振控制器PC3(11)与所述偏振调制器PolM(12)输入口相连，该偏振调制器PolM的RF电极(14)与第一微波信号源RF1(13)输出口相连，所述偏振调制器PolM(12)输出口经过一个偏振控制器PC4(15)与所述第一偏振器Pol1(16)输入口相连，所述第一偏振器Pol1(16)输出口与所述带通滤波器BF(17)输入口相连。
3.根据权利要求1所述的基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统，其特征在于，所述偏振单边带调制器PSSBM(5)包括第一偏振调制器PolM1(21)，第二偏振调制器PolM2(27)，一个相位调制器PM(29)，一个偏振分束器PBS(19)，一个偏振合束器PBC(24)，偏振控制器PC5(18)及偏振控制器PC6(25)，一个第二偏振器Pol2(26)；所述偏振控制器PC5(18)输出口与所述偏振分束器PBS(19)输入口相连，所述偏振分束器PBS(19)输出口分别与第一偏振调制器PolM1(21)、第二偏振调制器PolM2(27)的输入口相连，第一偏振调制器PolM1的RF电极(23)与第二微波信号源RF2(22)输出口相连，第二偏振调制器PolM2的RF电极(28)经过一个移相器与所述第二微波信号源RF2(22)输出口相连，所述第二偏振调制器PolM2(27)输出口与所述相位调制器PM(29)输入口相连，相位调制器PM的直流电极(30)与一个电压源(31)相连，所述第一偏振调制器PolM1(21)和所述相位调制器PM(29)的输出口分别与一个偏振合束器PBC(24)的输入口相连，所述偏振合束器PBC(24)的输出口与偏振控制器PC6(25)输入口相连，所述偏振控制器PC6(25)输出口与第二偏振器Pol2(26)输入口相连。
4.一种基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统应用方法，采用权利要求1所述的基于偏振调制的单向循环频移梳状谱发生系统进行操作，其特征在于：所述的种子光源(1)输出种子光经过一个偏振控制器PC1(2)到光偏振控制耦合器PMOC(3)，经由所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输出口(3')进入光环路与偏振单边带调制器PSSBM(5)输入口相连，经所述偏振单边带调制器PSSBM(5)调制后的信号依次通过光放大器SOA(6)、带通滤波器(7)、光可调延时线(8)和偏振控制器PC2(9)进入光偏振控制耦合器PMOC(3)第二输入口(2')，所述光偏振控制耦合器PMOC(3)第一输出口(4')连接光频谱分析仪OSA(4)输入口；具体表现在：所述半导体激光器ECL(10)输出光波经过偏振调制器PC3(11)到偏振调制器PolM(12)中进行偏振调制，再通过一个偏振控制器PC4(15)和第一偏振器Pol1(16)后，产生五根谱线的梳状谱作为种子光源，种子光经光偏振控制耦合器PMOC(3)耦合作用后输入环路，在环路中先经过一个偏振控制器PC5(18)再经过偏振分束器PBS(19)将光分成两份正交的偏振光；所述第一偏振调制器PolM1(21)对一份光进行了调制；所述第二偏振调制器PolM2(27)和所述相位调制器PM(29)对另一份光进行了调制；对所述第一偏振调制器PolM1的RF电极(23)和所述第二偏振调制器PolM2的RF电极(28)分别输入余弦射频信号和同频的正弦射频信号，所述相位调制器PM的直流电极(30)输入电压源(31)；两份调制过的光经过偏振合束器PBC(24)、偏振调制器PC6(25)和第二偏振器Pol2(26)，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(6)、带通滤波器(7)、光可调延时线(8)和偏振控制器PC2(9)与种子光源(1)输入的种子光在光偏振控制耦合器PMOC(3)耦合，生成的耦合信号不断地在环路中被偏振单边带调制器PSSBM(5)调制，在光放大器SOA(6)合理的增益条件下，生成所需根数的平坦的梳状谱；带通滤波器(7)带宽决定梳状谱的根数，当上变频产生的梳状谱频率超出带通滤波器(7)通带，则不会再有新的频率成分的谱线生成。
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