CN113281917B - 一种光学频率梳生成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光学频率梳生成系统及方法，系统包括：半导体激光器、光隔离器、宽带相位调制器、N台射频信号源、N个移相器、N个功率放大器、N个可调衰减器和1×N耦合器，所述半导体激光器的输出端与所述光隔离器的输入端连接，所述光隔离器的输出端与所述宽带相位调制器输入端连接，所述射频信号源的输出端依次通过所述移相器、功率放大器、可调衰减器与1×N耦合器连接，所述1×N耦合器与所述宽带相位调制器的射频调制端口连接，所述半导体激光器的输出端与所述宽带相位调制器的输入端连接，所述宽带相位调制器的输出端连接光谱仪。本发明结构简单，光学频率梳产生效率高、范围广。

Description

一种光学频率梳生成系统及方法
技术领域
本发明涉及微波光子领域，特别是涉及一种光学频率梳生成系统及方法。
背景技术
微波光子学是微波技术与光子技术的融合，微波信号与光信号相互影响、相互作用，同时发挥微波信号灵活、光纤通信带宽高的优势，克服了传统微波技术在传输带宽和处理速度方面的限制。微波光子学的一项重要应用是无线通信中利用光纤进行微波载波信号的传输及数据处理，同时也可广泛应用于军事通信、高速数据处理等领域。
光学频率梳(OFC)是一种特殊的激光光源，具有多种波长、等间隔梳状的频率分量，广泛应用于多波长通信、超低噪声微波产生、高精密测量等领域。目前，产生光学频率梳的方法之一是使用强度调制器或级联强度调制器和相位调制器产生，该方法所使用装置结构复杂，生成的光学频率梳范围单一，适用范围窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学频率梳生成系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使光学频率梳产生效率高、范围广，并且结构简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种光学频率梳生成系统，包括半导体激光器、光隔离器、宽带相位调制器、N台射频信号源、N个移相器、N个功率放大器、N个可调衰减器和1×N耦合器，所述半导体激光器的输出端与所述光隔离器的输入端连接，所述光隔离器的输出端与所述宽带相位调制器输入端连接，所述射频信号源的输出端依次通过所述移相器、功率放大器、可调衰减器与1×N耦合器连接，所述1×N耦合器与所述宽带相位调制器的射频调制端口连接，所述半导体激光器的输出端与所述宽带相位调制器的输入端连接，所述宽带相位调制器的输出端连接光谱仪。
优选的，所述移相器使接收的射频信号相位变化范围超过360°。
优选的，所述功率放大器能够将将射频信号功率放大至满足所述相位调制器的驱动需求。
优选的，所述可调衰减器的衰减调节范围为0-10dB。
优选的，N个所述射频信号源同步且初相位一致。
优选的，所述光学频率梳的输出光信号为：
Eout(t)＝Ein(t)·exp(j·Δφ·moddulatin(t))
其中，Ein(t)是半导体激光器产生的光信号经过光隔离器后宽带相位调制器的输入光信号；modulatin(t)是宽带相位调制器的调制信号；Δφ是宽带相位调制器的相位偏移；j表示虚数单位；Eout(t)是宽带相位调制器的输出光信号；
一种光学频率梳生成方法，包括以下步骤：
生成N个原始射频信号，N个所述原始射频信号的频率不同；
对N个所述原始射频信号进行耦合，获得射频信号，所述射频信号包含不同频率分量；
对所述射频信号进行幅度归一化处理，获得调制信号；
生成连续波光信号；
利用所述调制信号对所述连续波光信号进行调制，获得光学频率梳。
优选的，所述光学频率梳的平坦度小于1dB。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种光学频率梳生成系统及方法，采用多个射频信号源产生不同频率的射频信号，使用移相器、功率放大器、可调衰减器对射频信号进行调节，对不同频率射频信号进行耦合获得调制信号，利用调制信号对连续光波进行调制从而获得光学频率梳。本发明结构简单、生成效率高，并且适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例的光学频率梳生成系统结构示意图；
图2为本发明的光学频率梳生成方法流程示意图；
图3为本发明实施例生成的光学频率梳光谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种光学频率梳生成系统及方法，光学频率梳生成系统包括半导体激光器、光隔离器、宽带相位调制器、N台射频信号源、N个移相器、N个功率放大器、N个可调衰减器和1×N耦合器，半导体激光器用于产生波长为1550nm的光信号；光隔离器用于隔离光纤回波反射的光；移相器能够使接入的射频信号相位变化范围超过360°，并且能够实现精确调节；功率放大器能够将射频信号功率放大至能够驱动相位调制器；所述可调衰减器，能够精确可调，可调范围为0-10dB。参考图1-2，本实施例中选用三台射频信号源、三个移相器、三个功率放大器、三个可调衰减器、一个1×3耦合器、一个半导体激光器、一个光隔离器、一个相位调制器和一台光谱仪，使用Optisystem仿真软件进行光学频率梳生成系统仿真。
半导体激光器的输出端与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与相位调制器输入端连接，三台射频信号源分别产生6GHz、12GHz和18GHz的射频信号，且三个射频信号源同步且初相位一致，三个不同频率的射频信号分别通过与其连接的功率放大器和可调衰减器后，三路射频信号在A、B、C三点的信号幅度比例分别为1.4952、1.127和1.8574，通过调整所分别连接的移相器使得三路射频信号在A、B、C三点的相位分别为25.8519°、142.4144°、79.5552°。将调整后的三路射频信号通过1×3耦合器耦合到一起，形成包含3个频率分量的射频信号，并将该射频信号进行幅度归一化后形成宽带相位调制器的调制信号modulatin(t)，调制信号modulatin(t)用于调制所述半导体激光器产生的连续波光信号。
半导体激光器的输出端与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端与宽带相位调制器输入端连接，半导体激光器产生的连续波光信号，经过光隔离器后进入宽带相位调制器，由调制信号modulatin(t)对进入宽带相位调制器的连续光波信号进行调制，宽带相位调制器的输出光信号Eout(t)如式(1)所示：
Eout(t)＝Ein(t)·exp(j·Δφ·modulatin(t)) (1)
其中，Ein(t)是半导体激光器产生的光信号经过光隔离器后宽带相位调制器的输入光信号；modulatin(t)是宽带相位调制器的调制信号，即N个不同频率的射频信号通过1×3耦合器耦合后的射频信号；j表示虚数单位；Δφ是宽带相位调制器的相位偏移，在仿真设计中Δφ＝A×180°/π，A是modulatin(t)信号的峰峰值，本实施例中Δφ＝319.8689°。
宽带相位调制器的输出端连接光谱仪，通过光谱仪观察产生的光学频率梳光谱，如图3所示，光学频率梳平坦度为0.95dB。
本发明能够根据射频信号源的数量，通过可调衰减器调整每个频率分量射频信号的功率，通过移相器调整每个频率分量射频信号的相位，能够在宽带相位调制器输出端产生平坦度小于1dB的光学频率梳，并通过光谱仪观察到。
本发明与级联多个相位调制器、强度调制器的传统方法不同，采用单一宽带相位调制器，装置结构整体简单，光频率梳的梳齿间隔可以随着微波源的频率灵活可调谐，且可调谐范围宽，操作简便。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光学频率梳生成系统，其特征在于：包括半导体激光器、光隔离器、宽带相位调制器、N台射频信号源、N个移相器、N个功率放大器、N个可调衰减器和1×N耦合器，所述半导体激光器的输出端与所述光隔离器的输入端连接，所述光隔离器的输出端与所述宽带相位调制器输入端连接，所述射频信号源的输出端依次通过所述移相器、功率放大器、可调衰减器与1×N耦合器连接，所述1×N耦合器与所述宽带相位调制器的射频调制端口连接，所述半导体激光器的输出端与所述宽带相位调制器的输入端连接，所述宽带相位调制器的输出端连接光谱仪，所述半导体激光器用于产生波长为1550nm的光信号，所述光隔离器用于隔离光纤回波反射的光，所述功率放大器能够将射频信号功率放大至满足所述相位调制器的驱动需求，所述可调衰减器的衰减调节范围为0-10dB。
2.根据权利要求1所述的光学频率梳生成系统，其特征在于：所述移相器使接收的射频信号相位变化范围超过360°。
3.根据权利要求1所述的光学频率梳生成系统，其特征在于：N个所述射频信号源同步且初相位一致。
4.根据权利要求1所述的光学频率梳生成系统，其特征在于：所述光学频率梳的输出光信号为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
是半导体激光器产生的光信号经过光隔离器后宽带相位调制器的输入光信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是宽带相位调制器的调制信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是宽带相位调制器的相位偏移；j表示虚数单位；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是宽带相位调制器的输出光信号。
5.根据权利要求1-4所述的一种光学频率梳生成系统的生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
生成N个原始射频信号，N个所述原始射频信号的频率不同；
对N个所述原始射频信号进行耦合，获得射频信号，所述射频信号包含不同频率分量；
对所述射频信号进行幅度归一化处理，获得调制信号；
生成连续波光信号；
利用所述调制信号对所述连续波光信号进行调制，获得光学频率梳。
6.根据权利要求5所述的光学频率梳生成系统的生成方法，其特征在于：所述光学频率梳的平坦度小于1dB。
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