CN113098620B - 基于iq调制器的任意波形产生的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于IQ调制器的任意波形产生的装置及方法，装置包括锁模激光器、IQ调制器、射频信号发生器、第一色散光纤、第二色散光纤等；锁模激光器、第一色散光纤、IQ调制器输入端通过光纤依次相连；锁模激光器的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器的时钟触发端相连；IQ调制器与射频信号发生器相连，射频信号发生器产生的射频信号进入IQ调制器，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；IQ调制器的输出端和第二色散光纤相连。本发明能够实现非对称的任意波形产生，以及输出相对于输入射频信号更高带宽的波形。

Description

基于IQ调制器的任意波形产生的装置及方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于IQ调制器的任意波形产生的装置及方法。
背景技术
自从激光的出现，对于超短光脉冲产生的研究一直是一个热点，随着超短光脉冲的应用领域的逐步扩大，对于实际应用中除了需要产生高质量的光脉冲，并且对于脉冲的波形可调谐性也提出了要求。因此，为了实现脉冲的可调谐性，超短脉冲整形的概念被提出，近些年，随着光通信的发展，产生了OAWG(optical arbitrary waveform generation)技术，它利用光的高速率、宽带宽等优点，突破电子瓶颈，通过改变光脉冲的幅度、相位、波长等信息，实现任意波形的产生。自21世纪初以来，在量子信息科学领域，研究活动正在迅速增加，这一研究领域有望取得巨大的技术进步，这可能对我们未来计算和通信得运营方式产生深远影响。科学家们正在通过利用量子力学的原理，研究量子位的行为，如何产生可调谐、高质量的任意波形在研究过程中起着至关重要的作用。产生的波形可用于产生无线电波范围内的电磁信号，进而刺激或共振所研究的材料。通过应用OAWG技术可以产生需要的任意波形以及产生更高重复频率的信号，因此在量子信息科学、光通信、光网络、光信息处理等领域都有很大的研究前景。
(Weiner,Andrew M."Femtosecond pulse shaping using spatial lightmodulators."Review of scientific instruments 71.5(2000):1929-1960.)中首次提出了基于空间光调制器(SLM)的用于产生任意波形的脉冲整形技术，通过空间调制输入超短脉冲的空间色散光谱来执行波形合成；但是在利用空间光调制器来实现脉冲整形涉及到空间到光纤和光纤到空间的耦合，使得系统复杂，从而限制了系统的应用。
(Chi,Hao,and Jian-ping Yao."Symmetrical waveform generation based ontemporal pulse shaping using amplitude-only modulator."Electronics Letters43.7(2007):415-417.)中提到的时间脉冲整形(TPS)技术，即在时域进行脉冲整形，典型的TPS系统包括两段色散量大小相等、符号相反的色散原件和光电调制器，在系统的输出端，可以获得经过光电调制器后RF信号的傅里叶变换波形。为了实现任意波形产生，需要用到振幅调制器和相位调制器，而它们同时使用使得系统非常复杂，尤其是必须确保振幅和相位信号之间的精确同步；但是仅使用幅度调制器时，输出的调制后信号是实信号，由于傅里叶变换的性质，输出的时域波形总是对称的，在更广泛的应用中，产生非对称的波形是有必要的。
针对以上技术问题，故需对现有技术进行改进。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于IQ调制器的任意波形产生的装置及方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
基于IQ调制器的任意波形产生的装置，其包括锁模激光器、IQ调制器、射频信号发生器、第一色散光纤、第二色散光纤等；锁模激光器、第一色散光纤、IQ调制器输入端通过光纤依次相连；锁模激光器的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器的时钟触发端相连；IQ调制器与射频信号发生器相连，射频信号发生器产生的射频信号进入IQ调制器，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；IQ调制器的输出端和第二色散光纤相连。
锁模激光器发出光脉冲信号，经过第一段色散光纤后，光信号在IQ调制器中被射频信号所调制，接着经过与第一段光纤长度相等、色散系数相反的光纤，输出预期理想的时间波形。本发明能够实现非对称的任意波形产生，以及输出相对于输入射频信号更高带宽的波形。
优选的，IQ调制器由双平行电光调制器和90度移相器组成，所述电光调制器设置在推挽模式且偏置角度为π。
优选的，第二色散光纤的色散系数D2、第一色散光纤的色散系数D1，满足D2＝D1。
优选的，第二色散光纤的长度L2、第一段色散光纤的长度L1，满足L2＝L1，两段色散光纤用于拉伸和展宽光信号时域波形。
本发明还公开了一种基于IQ调制器的任意波形产生的方法，其包括以下步骤：
S1.锁模激光器产生一路脉冲，该路脉冲经过第一色散光纤在时间上被拉伸后进入IQ调制器，锁模激光器的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器的时钟触发端相连；
S2.射频信号发生器产生的射频信号进入IQ调制器，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；
S3.调制后的光信号在经过第二色散光纤后，在输出端获得信号的时域波形。
优选的，第二色散光纤的色散系数D2、所述第一色散光纤的色散系数D1，满足D2＝D1。
优选的，第二色散光纤的长度L2、所述第一段色散光纤的长度L1，满足L2＝L1，两段色散光纤用于拉伸和展宽光信号时域波形。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
本发明应用时域脉冲整形技术，通过信号的傅里叶变换实现任意波形产生，在已有技术中，生成非对称信号需要用到振幅调制器和相位调制器，而它们同时使用使得系统非常复杂；但是仅使用幅度调制器时，输出的调制后信号是实信号，由于傅里叶变换的性质，输出的时域波形总是对称的。本发明采用的技术方案能够产生预期理想的非对称的输出时域波形，且输出光信号的带宽远超过射频信号的带宽。本发明结构简单，易于操作，降低了非对称任意光波形产生的难度。
附图说明
图1是本发明实施例基于IQ调制器的任意波形产生装置的示意图；
图2是本发明实施例基于IQ调制器的任意波形产生装置的IQ调制器示意图；
图3是本发明实施例基于IQ调制器的任意波形产生方法的射频信号发生器输出波形；
图4是本发明实施例基于IQ调制器的任意波形产生方法的经过IQ调制后的波形；
图5是本发明实施例基于IQ调制器的任意波形产生方法的输出光信号波形。
其中：1.锁模激光器、2.第一色散光纤、3.IQ调制器、4.第二色散光纤、5.射频信号发生器。
具体实施方式
为了更清楚地解释本发明的实施例，将对照附图描述本发明的具体实施方式。显然，以下描述的附图仅是本发明的一些实施例。对于本领域技术人员而言，可以从这些附图中获得其他附图和其他实施例，而无需付出创造性劳动。
如图1所示，本实施例基于IQ调制器的任意波形产生的装置包括：锁模激光器1、IQ调制器3、射频信号发生器5、第一色散光纤2、第二色散光纤4等，锁模激光器1与第一色散光纤2通过光纤相连，第一色散光纤2与IQ调制器3的输入端通过光纤相连；锁模激光器1的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器5的时钟触发端相连，以实现光信号和电信号在IQ调制器里的同步；IQ调制器3与射频信号发生器5相连；射频信号发生器5产生的射频信号进入IQ调制器3，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制。IQ调制器3的输出端和第二色散光纤4相连。
其中，IQ调制器3的结构如图2所示，由双平行电光调制器3-1、3-2和一个90度移相器3-3组成，其中，电光调制器设置在推挽模式且偏置角度为π。
本实施例为产生非对称的任意波形提供一种光域实现方案，该方案具有结构简单、原理清晰、处理迅速等优点。
本发明一种优选实施例还公开了基于IQ调制器的任意波形产生的方法，包括以下步骤：
S1.由锁模激光器1产生一路脉冲，该路脉冲经过第一色散光纤2在时间上被拉伸后进入IQ调制器3，锁模激光器1的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器5的时钟触发端相连，以实现光信号和电信号在IQ调制器里的同步；
具体的，锁模激光器1产生一路光脉冲g(t)，输出光脉冲经过第一色散光纤2，β2为第一色散光纤的色散系数，大小为2*10-26ps2/km，第一光纤色散的长度为L1＝103km，经过第一色散光纤后展宽的光信号为g1(t)。
S2.射频信号发生器5产生的射频信号进入IQ调制器3，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；
具体的，射频信号发生器5输出的射频信号时域表达分别为x1(t)和x2(t)，此处，x1(t)和x2(t)的波形如图3所示。那么，当IQ调制器3工作时，入射光被分为平等的I路和Q路，每一路都被工作在推挽模式下的MZM调制，同时还会在Q路通过一个相位调制器引入
Figure BDA0002987345520000061
的相位差，此处，对于工作在理想状态下的IQ调制器其输出信号的时域表达式为p(t)＝x1(t)·g1(t)+x2(t)·g1(t)·j，调制后的信号波形如图4所示。
S3.调制后的光信号在经过第二色散光纤4后，在输出端获得信号的时域波形。
调制后的光信号经过第二色散光纤4，在输出端获得预期理想的时域波形,输出信号的时域表达式为
Figure BDA0002987345520000062
本实施例中通过引入适当的射频信号和设计合理的系统参数，能够得到一个时域非对称的三角波形，如图5所示。
本实施例公开了一种基于IQ调制器的任意波形产生的装置及方法，具有结构简单、易于操作、成本低等优点，其中，锁模激光器发出光脉冲信号，经过第一段色散光纤后，光信号在IQ调制器中被射频信号所调制，接着经过与第一段光纤长度相等，色散系数相反的光纤，输出预期理想的时间波形。
本发明实施例采用IQ调制器以及一定的设计系统参数，能够产生预期理想的，非对称的输出时域波形，并且输出光信号的带宽远超过射频信号的带宽。本发明结构简单，易于操作，降低了非对称任意光波形产生的难度。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于IQ调制器的任意波形产生的装置，其特征在于，包括锁模激光器、IQ调制器、射频信号发生器、第一色散光纤、第二色散光纤；锁模激光器、第一色散光纤、IQ调制器输入端通过光纤依次相连；锁模激光器的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器的时钟触发端相连；IQ调制器与射频信号发生器相连，射频信号发生器产生的射频信号进入IQ调制器，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；IQ调制器的输出端和第二色散光纤相连，IQ调制后的光信号经过第二色散光纤后，获得信号的时域波形。
2.如权利要求1所述的基于IQ调制器的任意波形产生的装置，其特征在于，所述的IQ调制器由双平行电光调制器和90度移相器组成，所述电光调制器设置在推挽模式且偏置角度为π，当IQ调制器工作时，入射光被分为平等的I路和Q路，每一路都被工作在推挽模式下的MZM调制。
3.如权利要求1所述的基于IQ调制器的任意波形产生的装置，其特征在于，所述第二色散光纤的色散系数D2、第一色散光纤的色散系数D1，满足D2＝D1。
4.如权利要求1或3所述的基于IQ调制器的任意波形产生的装置，其特征在于，第二色散光纤的长度L2、第一段色散光纤的长度L1，满足L2＝L1，两段色散光纤用于拉伸和展宽光信号时域波形。
5.基于IQ调制器的任意波形产生的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.锁模激光器产生一路脉冲，该路脉冲经过第一色散光纤在时间上被拉伸后进入IQ调制器，锁模激光器的激光脉冲时钟的输出端与射频信号发生器的时钟触发端相连；
S2.射频信号发生器产生的射频信号进入IQ调制器，并对时域上展宽后的脉冲信号进行IQ调制；
S3.调制后的光信号在经过第二色散光纤后，在输出端获得信号的时域波形。
6.如权利要求5所述的基于IQ调制器的任意波形产生的方法，其特征在于，所述第二色散光纤的色散系数D2、所述第一色散光纤的色散系数D1，满足D2＝D1。
7.如权利要求5或6所述的基于IQ调制器的任意波形产生的方法，其特征在于，所述第二色散光纤的长度L2、所述第一段色散光纤的长度L1，满足L2＝L1，两段色散光纤用于拉伸和展宽光信号时域波形。
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