CN114268373A - 基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法。装置包括：光频梳信号产生模块，用于输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；光电转化模块，用于将光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，并分别进行光电转换获得第一拍频信号和第二拍频信号；混频模块，用于补偿第一拍频信号和第二拍频信号的相位差，并对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号；偏置电压修正模块，用于根据误差信号调整射频信号的偏置电压，使得调整偏置电压后的射频信号对应的误差信号的强度为零。本发明能够不依赖额外参考信号使用整个光谱的信息，还能提高光频梳信号检测效率的同时提高检测精度。

Description

基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法。

背景技术

光频梳是指在频率域上一系列精确等间隔且线宽极窄的分立光谱，时域上则是一系列等间隔的超短光脉冲序列，光频梳提供了一个光学频率和微波频率直接联系的桥梁，在微波光子学、精密测量、超短脉冲产生、任意波形发生器等方面得到了广阔的应用。法珀(F-P)腔型光频梳由于具有工作波长可调谐、噪声性能好以及可全光化等特性，成为目前产生光频梳的商用化产品之一，在光通信、光谱校准以及微波信号生成等领域得到应用。但是实际应用中受到温度等环境的变化的影响，F-P腔型光频梳的等效腔长会发生改变，进而影响光频梳的重复频率以及相位锁定状态。

目前提出的关于F-P腔型光频梳的稳定方案，主要分为稳定腔长和控制偏置电压补偿相位抖动两类。第一类通过温控模块稳定电光腔的温度从而稳定腔长，目前已经存在成果转化的商用产品。第二类方案如，通过电光腔型光频梳产生的光频梳信号，检测由高速光电探测器获得的拍频信号，通过反馈控制偏置电压使得频率为重复频率的分量功率保持最小值，从而系统可以产生稳定的光频梳信号的系统。第二类方案又如，通过电光腔型光频梳产生的光频梳信号，经光滤波器滤除中心频率半侧边带，而后经过高速光电探测器得到拍频信号，拍频信号与参考信号进行混频鉴相，得到表征相位抖动的误差信号，反馈控制偏置电压，进而稳定光频梳信号的系统。

现有的稳定腔长的温控方案由于受到响应速度以及温度控制精度的限制，很小范围的温度变化不能够探测到。基于重复频率功率控制的方案，最小值的判断精度会限制系统的补偿精度。基于单侧边带拍频信号的控制方案，只使用半个光谱的信息，检测效率受到限制，而且参考信号需要引入额外的光纤链路结构，整体系统结构变得复杂，此外光纤链路引入的相位抖动会传递给误差信号，从而补偿精度受到限制。

发明内容

本发明提供一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法，用以解决现有技术精度不高且效率受限的缺陷，能够在提高效率的同时生成高精度且稳定的光频梳信号。

本发明提供一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，包括：光频梳信号产生模块、光电转化模块、混频模块和偏置电压修正模块，其中，

所述光频梳信号产生模块用于输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

所述光电转化模块用于将所述光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号分别进行光电转换获得第一拍频信号和第二拍频信号；

所述混频模块用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差，并对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号；

所述偏置电压修正模块用于根据所述误差信号调整所述射频信号的偏置电压，使得调整偏置电压后的射频信号对应的误差信号的强度为零。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，所述光频梳信号产生模块包括激光器、F-P腔型电光调制器和射频信号发生器；所述光电转化模块包括光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器；所述混频模块包括移相器和混频器；所述偏置电压修正模块包括示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，所述激光器、F-P腔型电光调制器、光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器按照从输入到输出的关系依次连接，所述光电探测器输出端连接移相器后接入混频器，所述混频器的输出连接所述示波器，所述示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器按照从输入到输出的关系依次连接，所述偏置器的输入端还连接射频信号发生器的输出端。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，

所述激光器用于产生所述激光信号；

所述射频信号发生器用于获取时钟信号并根据所述时钟信号产生所述射频信号；

所述F-P腔型电光调制器用于将所述激光信号和所述射频信号调制为光频梳信号。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，

所述光纤放大器用于放大所述光频梳信号；

所述任意光波形编辑器用于将所述放大后的光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号为上边带光频梳信号，所述第二光信号为下边带光频梳信号；

所述光电探测器包括：

第一光电探测器，用于通过外差拍频将所述上边带光频梳信号进行光电转换，得到第一拍频信号；

第二光电探测器，用于通过外差拍频将所述下边带光频梳信号进行光电转换，得到第二拍频信号。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，

所述移相器用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差；

所述混频器用于对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，

所述示波器用于采集所述误差信号；

所述处理器用于根据所述误差信号计算使得误差信号的强度为零时的所述偏置电压；

所述可编程直流电源用于产生所述偏置电压；

所述偏置器用于将所述偏置电压输入所述光频梳信号产生模块。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，所述偏置器为T型偏置器，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。

根据本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，所述F-P腔型电光调制器后还包括耦合器。

本发明还提供一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法，包括：

输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法中，光电转化模块使用了整个光谱信息，可以提高检测效率，混频模块补偿了额外的相位差，使控制点的判断更加精确，提高控制精度，偏置电压修正模块将误差信号控制在强度值为0处，且附近强度值线性变化，解决了补偿方向误判的问题，便于控制，提高控制精度。本发明通过控制实现了偏置电压修正模块对光频梳信号产生模块反馈环路的参数调节，便于控制反馈环路，同时保证了链路补偿的实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置结构示意图之三；

图4是本发明实施例提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的误差信号强度随时间变化示意图；

图6(a)是本发明实施例提供的无温控无稳定控制下的光频梳功率变化图；

图6(b)是本发明实施例提供的无温控无稳定控制下的光谱叠加包络图；

图6(c)是本发明实施例提供的无温控有稳定控制下的光频梳功率变化图；

图6(d)是本发明实施例提供的无温控有稳定控制下的光谱叠加包络图；

图7(a)是本发明实施例提供的有温控无稳定控制下的光频梳功率变化图；

图7(b)是本发明实施例提供的有温控无稳定控制下的光谱叠加包络图；

图7(c)是本发明实施例提供的有温控有稳定控制下的光频梳功率变化图；

图7(d)是本发明实施例提供的有温控有稳定控制下的光谱叠加包络图；

图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1-图8描述本发明的于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置及方法。

图1为本发明实施例提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置结构示意图，如图1所示，所述装置，包括：光频梳信号产生模块101、光电转化模块102、混频模块103和偏置电压修正模块104，其中，

所述光频梳信号产生模块101用于输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

所述光电转化模块102用于将所述光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号分别进行光电转换获得第一拍频信号和第二拍频信号；

所述混频模块103用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差，并对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号；

所述偏置电压修正模块104用于根据所述误差信号调整所述射频信号的偏置电压，使得调整偏置电压后的射频信号对应的误差信号的强度为零。

本发明实施例的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置采用光电转化模块使得装置能够直接使用整个光谱的信息而不需要额外的参考信号辅助来获取光谱信息。混频模块对光频梳信号两侧边带通过差分处理的方式，很大程度上简化装置结构，并且在提高光频梳信号检测效率的同时提高检测精度。

如图2所示，在本发明的至少一个实施例中，所述光频梳信号产生模块包括激光器、F-P腔型电光调制器和射频信号发生器；所述光电转化模块包括光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器；所述混频模块包括移相器和混频器；所述偏置电压修正模块包括示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器。

需要说明的是，“任意光波形编辑器”又称“多端口可编程光处理器”。本发明实施例选用的任意光波形编辑器型号为：finisar的WaveShaper 4000S。WaveShaper的功能是，光信号输入WaveShaper之后，可以从多个端口输出，每个端口都通过编程进行控制，包括带宽、中心波长和衰减等，可以简单地类比，一分多输出，每路输出后面接一个可调光滤波器，可以控制滤波特性。所述F-P腔型电光调制器因为有F-P腔的存在，光可以在腔内往返传输，因此可以实现多次的调制作用，产生许多梳齿的光频梳信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述激光器、F-P腔型电光调制器、光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器按照从输入到输出的关系依次连接，所述光电探测器输出端连接移相器后接入混频器，所述混频器的输出连接所述示波器，所述示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器按照从输入到输出的关系依次连接，所述偏置器的输入端还连接射频信号发生器的输出端。

本发明实施例的具体工作过程如下：

首先由时钟参考源产生的时钟信号输入射频信号发生器，从而输出一个25GHz的射频信号。可编程直流电源生成的偏置电压通过偏置器通入射频信号，偏置器的输出作为调制信号。激光器生成的稳定单频激光传输到F-P腔型电光调制器中，通过调制信号的相位调制作用，可以生成光频梳信号。光频梳的中心频率与激光器频率相同，重复频率则与射频信号相同为25GHz，光频梳的带宽受偏置电压的控制。光频梳经过光纤放大器的光放大作用之后，输入到任意光波形编辑器中。通过软件编程控制任意光波形编辑器各个通道的参数，可以实现光频梳中心频率为界的上边带光频梳信号和下边带光频梳信号分别由两个通道输出，即在两个通道分别输出高通滤波和低通滤波的结果。每个通道输出的光频梳信号都经由一个光电探测器探测，进行外差拍频，实现光电转换，即可同时得到单独包含光频梳的上边带或者下边带信息的拍频信号。其中一路拍频信号经过移相器，补偿了两条射频链路不一致引入的额外相位差，而后与另一路拍频信号输入混频器进行混频，从而零差混频的结果作为误差信号。进而通过示波器可以采集并且检测到误差信号。电脑读取示波器采集到的误差信号信息，处理后用于控制可编程直流电源的电压输出，使得示波器中检测到的误差信号的强度维持在0。此时，生成的光频梳为所需的稳定、宽光谱的光频梳信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述激光器用于产生所述激光信号；

所述射频信号发生器用于获取时钟信号并根据所述时钟信号产生所述射频信号；

所述F-P腔型电光调制器用于将所述激光信号和所述射频信号调制为光频梳信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述光纤放大器用于放大所述光频梳信号；

所述任意光波形编辑器用于将所述放大后的光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号为上边带光频梳信号，所述第二光信号为下边带光频梳信号；

所述光电探测器包括：

第一光电探测器，用于通过外差拍频将所述上边带光频梳信号进行光电转换，得到第一拍频信号；

第二光电探测器，用于通过外差拍频将所述下边带光频梳信号进行光电转换，得到第二拍频信号。

在本发明实施例中，所述任意光波形编辑器通过滤波，能有效分离光频梳信号的两侧边带的信息，避免了引入两条光链路和两个光滤波器，降低了系统复杂度，并且避免由分离链路引入额外的相位差。而使用两个光电探测器分别检测光频梳上下边带的信息，从而使用了整个光谱信息，可以提高光频梳信号的检测效率。

在本发明的至少一个实施例中，所述移相器用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差；

需要说明的是，由于光梳展得最宽的位置，零差锁相的结果是一个不为零的常数，并且由于从任意光波形编辑器到两个光电探测器的光纤长度以及光电探测器到混频器的射频线长度不能完全做到一致，导致两条链路存在一个未知的相位差，对于通过误差信号判断光频梳展开状态存在较大的干扰。而在误差信号为0V附近区域，可以近似看作是线性变化的，且斜率很大，能够提高控制精度。所以需要引入一个移相器，改变其中一路射频信号的相位，使得光频梳展得最宽时，误差信号能够位于0V，即对相位进行补偿使得两路信号的相位差为

在本发明实施例中，通过移相器补偿了第一拍频信号和第二拍频信号对应的两条射频链路的不一致引入的相位差，使控制点的判断更加精确，提高控制精度。

在本发明实施例中，需要设定一个初始的偏置电压，使得光梳展开是最宽的情况，此时如果示波器中看到了误差信号不在0，通过调移相器使得示波器的误差信号处在0值。

所述混频器用于对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号。

需要说明的是，混频器用于实现频率变换。在本发明实施例中，两个输入端分别输入第一拍频信号cos(ω₁t+φ₁)和第二拍频信号cos(ω₂t+φ₂)，混频器中其实是一个信号乘法的过程，即cos(ω₁t+φ₁)×cos(ω₂t+φ₂)，利用积化和差公式，可得输出信号，可以表示为一个差频项和一个和频项之和，如公式(1)：

根据不同实验的需求以及拍频信号的频率，可以在混频器输出后面加滤波器，滤出需要的频率项。在本发明实施例中，输入的两个信号是同频25GHz信号，则输出信号为一个50GHz的二倍频信号和一个反映了两个输入信号相位差的零频信号，根据所用混频器的特性，对于二倍频信号的衰减很大，因此实际混频器输出仅剩下零频信号，不需要额外加滤波器。同样，因为示波器的物理带宽限制，对于二倍频信号是检测不到的，示波器检测的结果就是零频信号。

在本发明的至少一个实施例中，所述示波器用于采集所述误差信号，所述示波器还用于显示误差信号方便工作人员进行观察。

所述处理器用于根据所述误差信号计算使得误差信号的强度为零时的所述偏置电压。

需要说明的是，所述处理器处理误差信号的时候常采用比例积分的方法。比例积分的比例参数，会受到当前实验环境的影响，因此每次实验都会事先计算得到。通过程序设定，使可编程直流电源从0V开始以0.1V为步长增加到10V，得到可编程直流电源的电压值(偏置电压)与示波器获得的误差信号数值的关系图。系统调试完成之后，若处于所需的光频梳的状态下，误差信号为0V的。从关系图上看，在该点附近的小范围内，误差信号的变化与偏置电压值的变化可以看作是线性的关系，这个线性区间的斜率就是比例参数。比例参数的值根据每次实验得到，这里为了方便起见，表示为aV/V，表示偏置电压变化1V，误差信号变化aV。

偏置电压的初始化，为了让光频梳稳定在所述状态下，首先就直接加一个偏置电压使得光频梳处于一个相近的状态，具体操作如下。通过程序控制，使可编程直流电源从0V开始以0.1V为步长增加，每次改变偏置电压之后，示波器同样都会读取误差信号的数值，如果过读到数值为0V，那就将这个值作为偏置电压的初始值，记为V₀。更一般的情况下，可能会读到一个靠近0的负值，电压改变0.1V后，读到一个靠近0的正值，此时就比较两个值的绝对值大小，取绝对值小的对应的偏置电压作为初始值V₀。

稳定过程中的偏置电压控制，以确定偏置电压初始值之后的下一个时刻为例介绍。下一个时刻，示波器读到了误差信号的数值为V_e，那么调整之后的偏置电压值为

并且再下一个时刻，偏置电压将在V₀′的基础上调整，同理可得接下来每个时刻的偏置电压值。

所述可编程直流电源用于产生所述偏置电压；

所述偏置器用于将所述偏置电压输入所述光频梳信号产生模块。

在本发明实施例中，误差信号控制在强度值为0处，且附近强度值线性变化，解决了补偿方向误判的问题，便于控制，提高控制精度，同时处理器使用程序进行设备间的通讯以及控制，程序上通过比例积分实现反馈环路的参数调节，便于控制反馈环路，同时保证了链路补偿的实时性。

需要说明的是，本发明实施例中，光信号和电信号在每个器件中的传输过程包括：

所述激光器输出光信号为式(2)：

其中ω_c为激光器的中心波长。

在光频梳展得最宽的情况理想状态时，所述F-P腔型电光调制器输出的光频梳信号为式(3)：

其中

为激光单次通过F-P腔型电光调制器的效率，R是F-P腔镜的反射率，β为调制深度，f_m为调制频率，φ_m为调制信号的初始相位。

经过任意光波形编辑器后，所述上边带光频梳信号为式(4)：

所述下边带光频梳信号为式(5)：

经过光电探测器后，所述上边带光频梳信号对应的第一拍频信号为式(6)：

所述下边带光频梳信号对应的第二拍频信号为式(7)：

所述两个拍频信号通过混频器后得到的误差信号为式(8)：

由于示波器只能探测到零频项，即

其中C为常数，因此，移相器需要移相使得这个常数变成0。

若光频梳的状态因为环境等因素变化之后，不再是展得最宽的状态。那么此时的光频梳信号为式(9)：

其中x表示失谐量。

与光频梳展得最宽的情况式(3)相比，上式多了2πx这一项，因此就需要在原本偏置电压的基础上加入一个额外偏置，然后添加额外偏置电压之后光频梳信号为：

其中Δεπ表示额外偏置电压引入的相位偏移。

在偏置电压进行调整时，只要满足2πx+Δεπ＝0或者为2π的整数倍，就可以得到理想状态下的表达式了，此时示波器上误差信号的结果为0V。

在本发明的至少一个实施例中，所述偏置器为T型偏置器(Bias-Tee)。所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。光纤放大器包括很多种类，选择掺铒光纤放大器的原因是：掺铒光纤放大器是一种较为成熟的技术。本发明实施例中，使用的光源是1550nm波段的(C波段)，在该波段的要求下，单掺杂离子的话主要就是铒粒子，掺杂型的光纤激光器还有铒镱共掺光纤放大器，但是掺铒光纤放大器的噪声性能更好；虽然还有拉曼光纤放大器或者像半导体光放大器，拉曼光纤放大器的优点是工作波段由泵浦光决定而不是局限于C波段，但是其能够提供的增益没有掺铒光纤放大器高，并且需要功率更高的泵浦光，本发明实施例所需要达成的目标不在工作波段可变上而是为了提供C波段的增益，不经济；半导体光放大器主要是与光纤的耦合损耗大，噪声性能较差。

下面对本发明提供的一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法进行描述，下文描述的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法与上文描述的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置可相互对应参照。如图4所示，所述方法包括：

S401、输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

S402、将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

S403、根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

本发明实施例的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法采用光电转化模块使得装置能够直接使用整个光谱的信息而不需要额外的参考信号辅助来获取光谱信息。混频模块对光频梳信号两侧边带通过差分处理的方式，很大程度上简化装置结构，并且在提高光频梳信号检测效率的同时提高检测精度。

在上述实施例的基础上，如图5所示，给出本发明实施例中的基于双边带相位差分稳定的光频梳装置对于光频梳信号进行稳定控制的过程：将25GHz射频信号以及扫描直流电压经过T型偏置器后一起输入F-P腔型电光调制器，观测光频梳信号的输出光谱，将偏置电压固定在光谱最宽的情况。然后调整移相器，补偿射频链路中的相位差。示波器输出结果对应误差信号的强度值，此时结果为0。测量没有进行控制时误差信号强度值2000秒内的变化，如下图中虚线所示。然后在本方案的控制下测量了5000多秒，误差信号强度值变化结果如实线所示。可以看到本方案控制下，误差信号的强度值基本保持为零，从而光频梳可以稳定在所需状态下。

如图3所示的结构，在F-P腔型电光调制器的后面接入了一个耦合比为1：99的耦合器，并且将99％的输出端口与系统图中的掺铒光纤放大器连接，保证系统结构的完整性。1％输出端口作为监测端，检测光频梳的输出光谱与功率变化。

在上述实施例的基础上，如图6所示，给出本发明一实施例中的基于双边带相位差分稳定的光频梳装置进行光频梳信号功率测量的过程：

将调制频率调整为25.031GHz，在无温控无稳定控制、无温控有稳定控制的情况下，功率变化图与光谱叠加包络图如下所示。图6(a)和图6(b)分别是无温控无稳定控制下的光频梳功率变化图与光谱叠加包络图。图6(c)和图6(d)对应无温控有稳定控制的情况。没有控制的情况下，光功率大幅度变化，且误差信号的强度值没有稳定，光谱的包络图可以明显看到光谱不处于稳定的状态。采用稳定控制之后，光功率能够保持在较小的范围内变化，并且光谱叠加图可以看出光梳状态的变化较小。

在上述实施例的基础上，如图7所示，给出本发明又一实施例中的基于双边带相位差分稳定的光频梳装置进行光频梳信号功率测量的过程：

射频信号频率以及系统结构上述实施例相同。在有温控无稳定控制、有温控有稳定控制的情况下，外加热源靠近F-P腔型电光调制器，模拟外部温度的变化。通过监测口测量了光谱信息，光谱叠加图与功率变化图如下所示。图7(a)和图7(b)分别是有温控无稳定控制下的光频梳功率变化图与光谱叠加包络图。图7(c)和图7(d)对应有温控有稳定控制的情况。温控方式能够补偿大范围的温度变化，但是小范围的温度变化就不是很精确，光谱状态的控制能力稍微有些欠缺。在温控的基础上，加上稳定控制模块，光谱状态相比于(b)图有明显改善，即控制精度上提升了。

图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法，该方法包括：

输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法，该方法包括：

输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法，该方法包括：

输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，包括：光频梳信号产生模块、光电转化模块、混频模块和偏置电压修正模块，其中，

所述光频梳信号产生模块用于输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

所述光电转化模块用于将所述光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，并对所述第一光信号和所述第二光信号分别进行光电转换获得第一拍频信号和第二拍频信号；

所述混频模块用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差，并对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号；

所述偏置电压修正模块用于根据所述误差信号调整所述射频信号的偏置电压，使得调整偏置电压后的射频信号对应的误差信号的强度为零。

2.根据权利要求1所述的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，所述光频梳信号产生模块包括激光器、F-P腔型电光调制器和射频信号发生器；所述光电转化模块包括光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器；所述混频模块包括移相器和混频器；所述偏置电压修正模块包括示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器。

3.根据权利要求2所述的基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，所述激光器、F-P腔型电光调制器、光纤放大器、任意光波形编辑器和光电探测器按照从输入到输出的关系依次连接，所述光电探测器输出端连接移相器后接入混频器，所述混频器的输出连接所述示波器，所述示波器、处理器、可编程直流电源和偏置器按照从输入到输出的关系依次连接，所述偏置器的输入端还连接射频信号发生器的输出端。

4.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，

所述激光器用于产生所述激光信号；

所述射频信号发生器用于获取时钟信号并根据所述时钟信号产生所述射频信号；

所述F-P腔型电光调制器用于将所述激光信号和所述射频信号调制为光频梳信号。

5.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，

所述光纤放大器用于放大所述光频梳信号；

所述任意光波形编辑器用于将所述放大后的光频梳信号根据频谱分离为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号为上边带光频梳信号，所述第二光信号为下边带光频梳信号；

所述光电探测器包括：

第一光电探测器，用于通过外差拍频将所述上边带光频梳信号进行光电转换，得到第一拍频信号；

第二光电探测器，用于通过外差拍频将所述下边带光频梳信号进行光电转换，得到第二拍频信号。

6.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，

所述移相器用于补偿所述第一拍频信号和第二拍频信号的相位差；

所述混频器用于对所述补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频，获得误差信号。

7.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，

所述示波器用于采集所述误差信号；

所述处理器用于根据所述误差信号计算使得误差信号的强度为零时的所述偏置电压；

所述可编程直流电源用于产生所述偏置电压；

所述偏置器用于将所述偏置电压输入所述光频梳信号产生模块。

8.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，所述偏置器为T型偏置器，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。

9.根据权利要求2或3所述的任一项基于双边带相位差分稳定的光频梳产生装置，其特征在于，还包括耦合器，所述耦合器连接在所述F-P腔型电光调制器之后。

10.一种基于双边带相位差分稳定的光频梳产生方法，其特征在于，包括：

输入激光信号和射频信号，产生光频梳信号；

将光频梳信号根据频谱分离为两路光信号后进行光电转换和混频，得到误差信号；

根据所述误差信号对所述射频信号的偏置电压进行调整，且根据所述调整后的射频信号输出的误差信号的强度为零；

其中，所述两路光信号分别为第一光信号和第二光信号，所述两路光信号后进行光电转换后获得第一拍频信号和第二拍频信号，所述误差信号通过对补偿相位差后的第一拍频信号和第二拍频信号进行零差混频获得。

Images