CN113224622A - 通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源 - Google Patents

通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源 Download PDF

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Abstract

一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，包括：种子光频梳模块，适于产生梳齿间隔、光谱宽度和中心波长均可调谐的种子光频梳；脉冲压缩模块，脉冲压缩模块的输入端与种子光频梳模块的输出端连接，脉冲压缩模块用于补偿种子光频梳脉冲啁啾、压窄种子光频梳脉冲的宽度；光放大模块，光放大模块的输入端与脉冲压缩模块的输出端连接，光放大模块用于提升种子光频梳脉冲的峰值功率；滤波整形模块，用于滤除种子光频梳脉冲的旁瓣脉冲、提高种子光频梳的光谱平坦度；非线性混频模块，用于对滤波整形后的光频梳进行非线性混频。光频梳光源输出梳齿功率稳定性提高且光频梳的平坦性提高。

Description

通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源
技术领域
本发明属于光频梳技术领域，尤其涉及一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源。
背景技术
近年来，光频梳光源在光通信、光谱检测、激光雷达、微波光子学等领域得到了广泛应用，吸引了国内外大批学者对光频梳的产生进行研究。目前采用单波长激光器的商业化光纤通信产品通信速率已经突破100Gbit/s，正在向200Gbit/s和400Gbit/s快速发展。为了进一步提高传输容量，使用多个不同波长激光器作为光源的波分复用技术开始被采用，单根光纤传输速率1Tbit/s以上的超大容量光纤通信技术已经成为现实。但是相比于采用不同波长的独立激光器而言，获得诺贝尔奖的光频梳技术可以直接从单个光源提供大量等频率间隔的相干光载波，这些光载波天然的相干性使得进一步发展具有更高灵敏度、更高传输容量的并行相干光通信系统成为可能。
不同技术途径产生的光频梳都可以用于相干光通信应用，只要提升光频梳性能指标就可以相应地提高通信容量。物理地，发展超大容量相干光通信系统对光频梳光源指标具有明确要求：1)为了匹配硅光工艺设计阵列波导光栅的自由光谱程，要求光频梳梳齿间隔在10GHz以上；2)为了提高并行通道之间的一致性，要求光频梳光谱平坦度在10dB以上；3)为了增加总通信容量，要求梳齿数量多，总的光谱范围覆盖多个通信波段；4)为了提高单个载波数据调制格式的复杂度，要求光频梳相干性高、梳齿线宽窄、梳齿信噪比高、梳齿功率高等。这些要求导致采用传统锁模激光器、光学微腔、电光调制等单一技术手段获得的光频梳光源都无法满足实际应用，必须要结合光放大、光滤波、光学非线性变换等技术手段对光频梳进行优化设计。
2013年，Vahid Ataie等利用电光调制结合非线性展宽技术，引入非线性光学环形镜和非线性放大光学环形镜用以滤波整形，消除脉冲基座，最终实现了优于2dB平坦度内，跨越120nm的1500根梳齿产生，但系统处于非保偏状态，环境温度变化和振动因素都会引起光频梳光源功率的不稳定，妨碍了系统的长时间工作的可靠性。2015年，L.C.Sinclair等将基于半导体饱和吸收镜的锁模光纤光频梳进行功率放大后，通过高非线性光纤获得了1-2.2μm光谱展宽,这种方案下，产生的光谱宽度虽然可跨越倍频程，但光谱平坦度有待于提升。2018年，Erin S.Lamb等利用微腔克尔光频梳结合高非线性展宽，实现了重复频率为15GHz,跨越700-2100nm的宽带光谱生成，但其重复频率难以调谐，且在中心波长1500nm附近光谱非常不平坦。2019年，哈佛大学
Figure BDA0003032033730000021
团队和斯坦福大学Joseph M.Kahn团队利用薄膜铌酸锂光子学平台搭建了硅光芯片集成的电光调制光频梳产生装置，频率范围覆盖整个L波段，超过900个光频齿，但其光谱平坦度在20dB以上。
综上所述，现有技术的宽带光频梳光源产生方案的平坦度均有待于提升，而如果直接辅以光谱整形手段得到平坦光谱，将会导致梳齿功率损失。同时，当前报道的大梳齿频率间隔光频梳光源的结构几乎都是采用非保偏光纤，尤其是为了生成平坦光谱光源所采用的非线性环形镜和非线性放大环形镜对光频梳偏振态极为敏感，环境温度和震动都引起偏振态的改变，从而导致光频梳光源输出梳齿功率稳定性下降，妨碍光频梳系统的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法兼顾输出梳齿功率稳定性提高且光频梳的平坦性提高的问题，从而提供一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源。
为解决上述技术问题，本发明提供一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，包括：种子光频梳模块，适于产生梳齿间隔、光谱宽度和中心波长均可调谐的种子光频梳；脉冲压缩模块，脉冲压缩模块的输入端与种子光频梳模块的输出端连接，脉冲压缩模块用于补偿种子光频梳脉冲啁啾、压窄种子光频梳脉冲的宽度；光放大模块，光放大模块的输入端与脉冲压缩模块的输出端连接，光放大模块用于提升种子光频梳脉冲的峰值功率；滤波整形模块，用于滤除种子光频梳脉冲的旁瓣脉冲、提高种子光频梳的光谱平坦度；非线性混频模块，用于对滤波整形后的光频梳进行非线性混频。
可选的，所述种子光频梳模块包括：连续波激光器、第一相位调制器至第N相位调制器、强度调制器、N+1通道可调谐射频源和控制计算机；N为大于等于1的整数；所述连续波激光器输出激光至第一相位调制器的光输入端；N+1通道可调谐射频源具有第一射频输出端口至第N+1射频输出端口,第j射频输出端口通过射频传输线缆与第j相位调制器的射频输入端口连接，第N+1射频输出端口通过射频传输线缆与强度调制器的射频输入端口相连,j为大于等于1且小于等于N的整数；N+1通道可调谐射频源的输入端口由串口通信数据线连接控制计算机。
可选的，N为大于等于2的整数，第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端连接，第N相位调制器的光输出端与强度调制器的光输入端相连接，k为大于等于1且小于等于N-1的整数。
可选的，所述连续波激光器的输出端和第一相位调制器的光输入端之间、第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端之间、以及第N相位调制器的光输出端与强度调制器的光输入端之间均采用保偏光纤连接。
可选的，所述连续波激光器为线偏振连续波激光器；或者，所述连续波激光器为保偏光纤激光器；或者，所述连续波激光器为采用保偏光纤耦合封装的半导体激光器。
可选的，所述连续波激光器为保偏光纤激光器；所述连续波激光器的工作波长位于通信C波段内，所述连续波激光器输出激光的偏振方向位于连续波激光器中的保偏光纤的慢轴方向。
可选的，所述N+1通道可调谐射频源用于产生驱动强度调制器以及第一相位调制器至第N相位调制器的射频信号，N+1通道可调谐射频源的多个通道的射频信号参考于同一个压控振荡器。
可选的，N+1通道可调谐射频源输出的射频信号的频率范围为10GHz-30GHz，N+1通道可调谐射频源的各通道输出的射频信号的最高功率为35dBm。
可选的，所述脉冲压缩模块包括环形器和啁啾光纤布拉格光栅；环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口与种子光频梳模块的输出端连接，第二端口与啁啾光纤布拉格光栅相连，第三端口与光放大模块的输入端相连。
可选的，所述啁啾光纤布拉格光栅采用保偏光纤制备。
可选的，所述种子光频梳模块包括连续波激光器；所述啁啾光纤布拉格光栅的工作中心波长与所述连续波激光器的工作中心波长相同。
可选的，所述啁啾光纤布拉格光栅的工作带宽大于种子光频梳模块输出的光谱宽度。
可选的，所述光放大模块包括小信号放大器、带通光纤滤波器、和高功率放大器，所述小信号放大器的输出端连接所述带通光纤滤波器的输入端，所述带通光纤滤波器的输出端连接所述高功率放大器的输入端，所述高功率放大器的输出端连接滤波整形模块的输入端。
可选的，所述小信号放大器为单包层保偏掺铒光纤为增益光纤，所述小信号放大器适于提供30dB以上的小信号增益。
可选的，所述带通光纤滤波器的3dB通光带宽与种子光频梳的输出光谱宽度相同。
可选的，所述高功率放大器采用双包层保偏铒镱共掺光纤；所述双包层保偏铒镱共掺光纤为增益光纤，适于提供最大输出光功率为5W。
可选的，所述滤波整形模块包括宽带光纤耦合器、高非线性光纤和色散补偿光纤，所述宽带光纤耦合器的第一端口与光放大模块的输出端口相连，所述宽带光纤耦合器的第二端口与所述高非线性光纤的一端相连，所述高非线性光纤的另一端与所述色散补偿光纤的一端相连，所述色散补偿光纤的另一端与所述宽带光纤耦合器的第三端口相连，所述宽带光纤耦合器、所述高非线性光纤和所述色散补偿光纤构成闭环结构，所述宽带光纤耦合器的第四端口与所述非线性混频模块连接。
可选的，所述宽带光纤耦合器采用保偏光纤熔融拉锥或者偏振分光器空间耦合实现。
可选的，所述高非线性光纤采用椭圆型结构的纤芯；所述高非线性光纤的非线性系数大于等于10W-1km-1。
可选的，所述非线性混频模块为高非线性光波导。
本发明技术方案具有以下益效果：
1.本发明技术方案提供的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，通过紧凑化设计，光频梳光源的系统结构更加简单、易于使用。所有模块都采用全保偏设计，有效提高了产生光频梳光源的工作稳定性。滤波整形模块用于滤除种子光频梳脉冲的旁瓣脉冲、提高种子光频梳的光谱平坦度。本发明技术方案使用电光调制、光放大、非线性光学的技术手段，达到契合超大容量相干光通信系统对光频梳光源指标(产生光频梳的梳齿频率间隔10GHz以上，10dB光谱范围大于100nm，梳齿线宽小于100kHz，梳齿信噪比大于50dB,梳齿功率大于0dBm，线偏振度大于18dB)需求的目的。特别适合于超大容量相干光通信技术中的应用。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源的结构示意图；
图2为本发明实施例中通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源输出的光频梳光谱图；
图3为本发明实施例中保偏高非线性光纤的端面结构图；
图4为本发明实施例中各相位调制器、小信号放大器、带通光纤滤波器、高功率放大器、环形器、宽带光纤耦合器、色散补偿光纤的光纤端面结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明一实施例提供一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，请参考图1，包括：种子光频梳模块1；脉冲压缩模块2；光放大模块3；滤波整形模块4；非线性混频模块5。
种子光频梳模块1用于产生输出梳齿间隔、光谱宽度和中心波长可调谐的平坦的种子光频梳。
所述种子光频梳模块1包括：连续波激光器101、若干个相位调制器、强度调制器105、多通道可调谐射频源和控制计算机107。
在一个实施例中，所述连续波激光器101为线偏振连续波激光器。在另一个实施例中，连续波激光器101为保偏光纤激光器。在又一个实施例中，连续波激光器101为采用保偏光纤耦合封装的半导体激光器。
在一个具体的实施例中，所述连续波激光器101的工作波长位于通信C波段内，连续波激光器101为保偏光纤激光器，连续波激光器101输出激光的偏振方向位于连续波激光器101中的保偏光纤的慢轴方向。
在一个具体的实施例中，连续波激光器101采用中心波长1550nm，标称线宽为3kHz的激光器，输出功率为100mW，工作线宽为100Hz。
当所述种子光频梳模块1中的若干个相位调制器的数量为N个时，N个相位调制器包括第一相位调制器102至第N相位调制器；相应的，所述多通道可调谐射频源为N+1通道可调谐射频源，N为大于等于1的整数。
本实施例中，作为示例，若干个相位调制器包括第一相位调制器102、第二相位调制器103和第三相位调制器104，多通道可调谐射频源为四通道可调谐射频源106。
连续波激光器101、第一相位调制器102至第N相位调制器、强度调制器105依次串联设置。所述连续波激光器101输出激光至第一相位调制器102的光输入端，当N为大于等于2的整数时，第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端连接，第N相位调制器的光输出端与强度调制器105的光输入端相连接，k为大于等于1且小于等于N-1的整数。
本实施例中，以N等于3作为示例，第一相位调制器102的光输出端与第二相位调制器103的光输入端连接，第二相位调制器103的光输出端与第三相位调制器104的光输入端相连接，第三相位调制器104的光输出端与强度调制器105的光输入端相连接。
所述连续波激光器101的输出端和第一相位调制器102的光输入端之间、第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端之间、以及第N相位调制器的光输出端与强度调制器105的光输入端之间均采用保偏光纤连接。本实施例中，第一相位调制器102的光输出端和第二相位调制器103的光输入端之间、第二相位调制器103的光输出端和第三相位调制器104的光输入端之间、第三相位调制器104的光输出端和强度调制器105的光输入端之间均采用保偏光纤连接，例如采用单模保偏光纤连接。
本实施例中，若干个相位调制器用于调制连续波激光器101产生的单频激光产生更多频率分量。强度调制器105用于调节产生的初始光频梳的光谱形状。根据强度调制器的传输曲线，强度调制器具有三个工作点，包括最大工作点、最小工工作点和正交工作点。本实施例中，强度调制器的工作点设置在正交工作点，当强度调制器的工作点设置在正交工作点时，各相位调制器处于线性调制，即强度调制器所施加的直流偏置电压为强度调制器的半波电压的一半。
多通道可调谐射频源用于产生驱动强度调制器105和各相位调制器的射频信号，多通道可调谐射频源的多个通道的射频信号参考于同一个压控振荡器，并且多通道可调谐射频源的输入端口由串口通信数据线连接控制计算机107。具体的，多通道可调谐射频源为N+1通道可调谐射频源时，N+1通道可调谐射频源具有第一射频输出端口至第N+1射频输出端口,第j射频输出端口通过射频传输线缆与第j相位调制器的射频输入端口连接，第N+1射频输出端口通过射频传输线缆与强度调制器105的射频输入端口相连,j为大于等于1且小于等于N的整数。
在一个具体的实施例中，若干个相位调制器包括第一相位调制器102、第二相位调制器103和第三相位调制器104，多通道可调谐射频源为四通道可调谐射频源106，四通道可调谐射频源106具有第一射频输出端口至第四射频输出端口，第一射频输出端口通过射频传输线缆与第一相位调制器102的射频输入端口连接，第二射频输出端口通过射频传输线缆与第二相位调制器103的射频输入端口连接，第三射频输出端口通过射频传输线缆与第三相位调制器104的射频输入端口连接，第四射频输出端口通过射频传输线缆与强度调制器105的射频输入端口连接。
在一个具体的实施例中，各个相位调制器为铌酸锂相位调制器。
在一个具体的实施例中，强度调制器105为铌酸锂强度调制器。
所述控制计算机107分别通过串口通信数据线与多通道可调谐射频源和连续波激光器101连接。一方面，控制计算机107用于设置连续波激光器101的输出波长，实现种子光频梳的中心波长的精调谐；另一方面，控制计算机107设置多通道可调谐射频源的多个通道射频信号的输出频率、相位和功率值，用于调节种子光频梳梳齿数量和光谱形状。
在一个具体的实施例中，控制计算机107用于设置四通道可调谐射频源106输出四路射频信号的输出频率、相位和功率值。
在一个具体的实施例中，各相位调制器为同一型号，也就是各相位调制器的结构相同，好处在于：各相位调制器施加的射频信号功率相同，在各相位调制器施加的射频信号功率相同时，产生的梳齿数(即初始光频梳的光谱宽度)与所用相位调制器个数成比例，便于控制。
在一个具体的实施例中，当各相位调制器的标称射频半波电压在50kHz时在3V左右,在各相位调制器的标称射频半波电压在典型值为2.5V时，3dB带宽的截止频率为40GHz。
在一个具体的实施例中，强度调制器105的标称射频半波电压在1kHz时典型值为5.1V，强度调制器105的直流半波电压在1Hz时的典型值为6.2V，3dB带宽的截止频率为40GHz；多通道可调谐射频源的频率设置在20GHz-25GHz，多通道可调谐射频源的射频功率设置在20dBm-33dBm,最大值接近相位调制器所能承受最大射频功率极限，以产生初始光谱宽度足够宽的种子光频梳。
在一个具体的实施例中，多通道可调谐射频源输出的射频信号的频率范围为10GHz-30GHz，多通道可调谐射频源的各通道输出的射频信号的最高功率为35dBm。当多通道可调谐射频源为四通道可调谐射频源106时，四通道可调谐射频源106输出的射频信号的频率范围为10GHz-30GHz，四通道可调谐射频源106的各通道输出的射频信号的最高功率为35dBm。
脉冲压缩模块2包括环形器201和啁啾光纤布拉格光栅202。脉冲压缩模块2用于补偿种子光频梳脉冲啁啾、压窄种子光频梳脉冲的宽度。
本实施例中，脉冲压缩模块2由环形器201和啁啾光纤布拉格光栅202构成。所述环形器201为光纤环形器。
在一个具体的实施例中，环形器201为标准三端口器件，环形器201具有第一端口201a、第二端口201b和第三端口201c。第一端口201a与种子光频梳模块1的输出端连接，具体的，第一端口201a与种子光频梳模块1中的强度调制器105的输出端相连，第二端口201b与啁啾光纤布拉格光栅202的输入/输出端相连，第三端口201c与光放大模块3的输入端相连，具体的，第三端口201c与光放大模块3中的小信号功率放大器301的输入端相连。
在一个具体的实施例中，啁啾光纤布拉格光栅202采用保偏光纤制备，啁啾光纤布拉格光栅202的工作中心波长与连续波激光器101的工作中心波长相同，啁啾光纤布拉格光栅202的工作带宽大于种子光频梳模块1输出的光谱宽度。这样的好处在于：确保种子光频梳产生过程中的各频率分量的啁啾得到有效补偿。
在一个具体的实施例中，所述啁啾光纤布拉格光栅202的色散量为0.85ps/nm。
在一个具体的实施例中，脉冲压缩模块2压窄后的种子光频梳脉冲宽度小于1ps。
强度调制器105输出的光通过第一端口201a进入光纤环形器201，进入环形器201的光从第二端口201b输出后进入啁啾光纤布拉格光栅202，啁啾光纤布拉格光栅202适于对进入啁啾光纤布拉格光栅202的光进行啁啾补偿脉冲压缩，经过啁啾光纤布拉格光栅202压缩后的反射光脉冲再通过第二端口201b返回至环形器201中，进入环形器201中的反射光脉冲在环形器201内继续逆时针传播，反射光脉冲从第三端口201c输出至光放大模块3中的小信号功率放大器301。本实施例中，啁啾光纤布拉格光栅202的群速度色散量为0.5ps/nm-2ps/nm,与种子光频梳的光谱宽度相适应，有效补偿种子光频梳的脉冲啁啾。
光放大模块3包括小信号放大器301、带通光纤滤波器302、高功率放大器303。
本实施例中，光放大模块3由小信号放大器301、带通光纤滤波器302、高功率放大器303组成。小信号放大器301、带通光纤滤波器302、高功率放大器303依次串联设置，小信号放大器301的输出端连接带通光纤滤波器302的输入端，带通光纤滤波器302的输出端连接高功率放大器303的输入端。高功率放大器303的输出端连接滤波整形模块4。
所述光放大模块3的数量为1个或2个。
光放大模块3用于提升种子光频梳脉冲的峰值功率。小信号放大器301用于对种子光频梳的功率进行预放大。带通光纤滤波器302用于滤除小信号放大器301预放大过程中产生的非相干自发辐射光。高功率放大器303用于对种子光频梳的功率进行进一步放大提升。
在一个具体的实施例中，小信号放大器301为单包层保偏掺铒光纤为增益光纤，可以提供30dB以上的小信号增益，输入光功率范围为-30dBm～-20dBm。
在一个实施例中，采用的带通光纤滤波器302的中心波长在1550nm,3dB带宽为10nm。在一个实施例中，带通光纤滤波器302为保偏带通光纤滤波器，带通光纤滤波器302的3dB通光带宽与种子光频梳的输出光谱宽度相同。
在一个具体的实施例中，高功率放大器303采用双包层保偏铒镱共掺光纤，双包层保偏铒镱共掺光纤为增益光纤，能够提供最大输出光功率为5W。
滤波整形模块4包括宽带光纤耦合器401、高非线性光纤402和色散补偿光纤403。滤波整形模块4用于滤除种子光频梳脉冲的旁瓣脉冲、提高种子光频梳的光谱平坦度。
在一个具体的实施例中，滤波整形模块4的数量为1个或2个。
本实施例中，滤波整形模块4由宽带光纤耦合器401、高非线性光纤402、色散补偿光纤403构成。宽带光纤耦合器401为四端口器件，宽带光纤耦合器401的分束比为40/60，宽带光纤耦合器401的第一端口401a与光放大模块3中的高功率放大器303的输出端口相连，宽带光纤耦合器401的第二端口401b与高非线性光纤402的一端相连，高非线性光纤402的另一端与色散补偿光纤403的一端相连，色散补偿光纤403的另一端与宽带光纤耦合器401的第三端口403c相连，宽带光纤耦合器401、高非线性光纤402和色散补偿光纤403构成闭环结构，宽带光纤耦合器401的第四端口401d与非线性混频模块5连接。
经高功率放大器303放大后输出的脉冲从宽带光纤耦合器401的第一端口401a进入宽带光纤耦合器401中，从宽带光纤耦合器401的第二端口401b和第三端口403c输出，从宽带光纤耦合器401的第二端口401b输出的脉冲在闭环结构内沿顺时针传播，从宽带光纤耦合器401的第三端口403c输出的脉冲在闭环结构内沿逆时针传播，传播一周后，两路光在宽带光纤耦合器401内发生干涉，干涉脉冲的高功率部分从宽带光纤耦合器端口401d输出，继续向前传播，以实现脉冲整形滤波功能。
宽带光纤耦合器401采用保偏光纤熔融拉锥或者偏振分光器空间耦合实现。
高非线性光纤402采用椭圆型结构的纤芯。
在一个具体的实施例中，色散补偿光纤403为正色散光纤，色散补偿光纤403用于补偿闭环结构中由第二端口401b和第三端口403c的尾纤引入的负色散。
在一个具体的实施例中，高非线性光纤402的长度为6m,高非线性光纤402的色散参量范围在0ps/(nm·km)～-5ps/(nm·km),例如-1.9ps/(nm·km)、-1ps/(nm·km),高非线性光纤402的非线性系数范围在10W-1km-1～15W-1km-1，典型值为11W-1km-1。
在一个具体的实施例中，色散补偿光纤403的长度为40cm，色散参量为15ps/(nm·km)～20ps/(nm·km)，例如16ps/(nm·km)。本实施例中，非线性混频模块5为高非线性光波导，例如或者高非线性光纤，非线性混频模块5的输入端与宽带光纤耦合器401的第四端口401d相连。非线性混频模块5为高非线性光纤时，高非线性光纤的长度为50m,高非线性光纤的色散参量范围在0ps/(nm·km)～-5ps/(nm·km),例如-1.9ps/(nm·km)、-1ps/(nm·km),高非线性光纤的非线性系数范围在10W-1km-1～15W-1km-1，典型值为11W-1km-1。具有高峰值功率的干涉脉冲在非线性混频模块5中完成非线性混频，生成宽带平坦光谱。
非线性混频模块5为高非线性光纤时，高非线性光纤采用椭圆型结构的纤芯。
在另一个实施例中，非线性混频模块5为高非线性光波导，高非线性光波导为高非线性氮化硅波导，高非线性氮化硅波导的长度为20mm。
所述非线性混频模块5用于对滤波整形后光频梳进行非线性混频，实现光频梳光谱的超大光谱范围。
图2为本实施例通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源的输出光谱。受光谱仪最大输入功率限制，引入通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源的输出功率的1％进行光谱测量。结果表明，光谱覆盖1530nm-1565nm通信C波段，重复频率为25GHz，光谱平坦度为5dB,光学信噪比大于50dB,满足超大容量相干光通信需求。
图3为本发明实施例中保偏高非线性光纤的端面结构图，图4为本发明实施例中各相位调制器、小信号放大器、带通光纤滤波器、高功率放大器、环形器、宽带光纤耦合器、色散补偿光纤等器件光纤端面结构图，均为100倍显微镜下观察结果。图3表明本实施例中采用的保偏高非线性光纤为椭圆型纤芯结构。图4表明本实施例中各相位调制器、小信号放大器、带通光纤滤波器、高功率放大器、环形器、宽带光纤耦合器、色散补偿光纤等器件采用的光纤为熊猫型纤芯结构。因此，本实施例中所有光纤均为保偏光纤，光源系统稳定，偏振态不易受环境震动等因素影响。
本实施例中，通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源输出的光频梳功率大于等于500mW。
本实施例中，使用电光调制、光放大、非线性光学等技术手段提供一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，以达到契合超大容量相干光通信系统对光频梳光源指标(产生光频梳的梳齿频率间隔10GHz以上，10dB光谱范围大于100nm，梳齿线宽小于100kHz，梳齿信噪比大于50dB,梳齿功率大于0dBm，线偏振度大于18dB)需求的目的。特别适合于超大容量相干光通信技术中的应用。
本实施例中，通过紧凑化设计，光频梳光源的系统结构更加简单、易于使用。所有模块都采用全保偏设计，有效提高了产生光频梳光源的工作稳定性。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于，包括：
种子光频梳模块，适于产生梳齿间隔、光谱宽度和中心波长均可调谐的种子光频梳；
脉冲压缩模块，脉冲压缩模块的输入端与种子光频梳模块的输出端连接，脉冲压缩模块用于补偿种子光频梳脉冲啁啾、压窄种子光频梳脉冲的宽度；
光放大模块，光放大模块的输入端与脉冲压缩模块的输出端连接，光放大模块用于提升种子光频梳脉冲的峰值功率；
滤波整形模块，用于滤除种子光频梳脉冲的旁瓣脉冲、提高种子光频梳的光谱平坦度；
非线性混频模块，用于对滤波整形后的光频梳进行非线性混频。
2.根据权利要求1所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于，所述种子光频梳模块包括：连续波激光器、第一相位调制器至第N相位调制器、强度调制器、N+1通道可调谐射频源和控制计算机；N为大于等于1的整数；
所述连续波激光器输出激光至第一相位调制器的光输入端；N+1通道可调谐射频源具有第一射频输出端口至第N+1射频输出端口,第j射频输出端口通过射频传输线缆与第j相位调制器的射频输入端口连接，第N+1射频输出端口通过射频传输线缆与强度调制器的射频输入端口相连,j为大于等于1且小于等于N的整数；
N+1通道可调谐射频源的输入端口由串口通信数据线连接控制计算机。
3.根据权利要求2所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于，
N为大于等于2的整数；
第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端连接，第N相位调制器的光输出端与强度调制器的光输入端相连接，k为大于等于1且小于等于N-1的整数。
4.根据权利要求3所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述连续波激光器的输出端和第一相位调制器的光输入端之间、第k相位调制器的光输出端与第k+1相位调制器的光输入端之间、以及第N相位调制器的光输出端与强度调制器的光输入端之间均采用保偏光纤连接。
5.根据权利要求2所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述连续波激光器为线偏振连续波激光器；或者，所述连续波激光器为保偏光纤激光器；或者，所述连续波激光器为采用保偏光纤耦合封装的半导体激光器。
6.根据权利要求5所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述连续波激光器为保偏光纤激光器；所述连续波激光器的工作波长位于通信C波段内，所述连续波激光器输出激光的偏振方向位于连续波激光器中的保偏光纤的慢轴方向。
7.根据权利要求2所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述N+1通道可调谐射频源用于产生驱动强度调制器以及第一相位调制器至第N相位调制器的射频信号，N+1通道可调谐射频源的多个通道的射频信号参考于同一个压控振荡器。
8.根据权利要求2所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:N+1通道可调谐射频源输出的射频信号的频率范围为10GHz-30GHz，N+1通道可调谐射频源的各通道输出的射频信号的最高功率为35dBm。
9.根据权利要求1所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述脉冲压缩模块包括环形器和啁啾光纤布拉格光栅；环形器具有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口与种子光频梳模块的输出端连接，第二端口与啁啾光纤布拉格光栅相连，第三端口与光放大模块的输入端相连。
10.根据权利要求9所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:所述啁啾光纤布拉格光栅采用保偏光纤制备。
11.根据权利要求9所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述种子光频梳模块包括连续波激光器；
所述啁啾光纤布拉格光栅的工作中心波长与所述连续波激光器的工作中心波长相同。
12.根据权利要求9所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述啁啾光纤布拉格光栅的工作带宽大于种子光频梳模块输出的光谱宽度。
13.根据权利要求1所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述光放大模块包括小信号放大器、带通光纤滤波器、和高功率放大器，所述小信号放大器的输出端连接所述带通光纤滤波器的输入端，所述带通光纤滤波器的输出端连接所述高功率放大器的输入端，所述高功率放大器的输出端连接滤波整形模块的输入端。
14.根据权利要求13所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述小信号放大器为单包层保偏掺铒光纤为增益光纤，所述小信号放大器适于提供30dB以上的小信号增益。
15.根据权利要求13所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述带通光纤滤波器的3dB通光带宽与种子光频梳的输出光谱宽度相同。
16.根据权利要求13所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述高功率放大器采用双包层保偏铒镱共掺光纤；所述双包层保偏铒镱共掺光纤为增益光纤，适于提供最大输出光功率为5W。
17.根据权利要求1所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述滤波整形模块包括宽带光纤耦合器、高非线性光纤和色散补偿光纤，所述宽带光纤耦合器的第一端口与光放大模块的输出端口相连，所述宽带光纤耦合器的第二端口与所述高非线性光纤的一端相连，所述高非线性光纤的另一端与所述色散补偿光纤的一端相连，所述色散补偿光纤的另一端与所述宽带光纤耦合器的第三端口相连，所述宽带光纤耦合器、所述高非线性光纤和所述色散补偿光纤构成闭环结构，所述宽带光纤耦合器的第四端口与所述非线性混频模块连接。
18.根据权利要求17所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述宽带光纤耦合器采用保偏光纤熔融拉锥或者偏振分光器空间耦合实现。
19.根据权利要求17所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述高非线性光纤采用椭圆型结构的纤芯；
所述高非线性光纤的非线性系数大于等于10W-1km-1。
20.根据权利要求1所述的通信波段高平坦度大梳齿间隔线偏振电光调制光频梳光源，其特征在于:
所述非线性混频模块为高非线性光波导。
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