CN115755443B - 基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器 - Google Patents

基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器，将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路，其中一路用于通过光电转换产生频率为frep/N的射频信号驱动电光调制器，frep为原光学频率梳重复频率；基于电光调制器对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，以此实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号。本发明可以实现对光学频率梳重复频率的改变，产生新的光学频率梳，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率的1/N。且本发明系统结构简单、可实现性高，可模块化、集成化。

Description

基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器
技术领域
本发明主要涉及到光学频率的操控技术领域，尤其是一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器。
背景技术
光学频率梳是通过将飞秒锁模激光的重复频率frep和偏置频率fo锁定在某种频率基准上产生的，因为其重复频率frep和偏置频率fo都在微波波段，因此光学频率梳可以作为连接微波频率与光学频率的桥梁，被称为“光学齿轮”，广泛应用于时频基准、精密光谱测量等领域，如光学原子钟、超低噪声微波信号产生及绝对距离测量等等。
由此可见，对光学频率梳的光学频率的操控与改变是拓展光学频率梳更加应用广泛的至关重要的一步。实际上，对光学频率梳的光学频率的操纵即为对其重复频率和偏置频率的操纵。根据文献调研，目前对光学频率梳的光学频率的操控主要是针对其重复频率的倍频，如利用法布里-珀罗腔光谱滤波和光纤干涉仪倍频等，然而对光学频率梳的重复频率进行分频的文献或者专利少之又少，。公开号为CN105259724A的发明专利申请，提出了一种基于光纤干涉仪的光学频率梳重复频率分频器，其基于等臂长的Mach-Zehnder光纤干涉仪并结合声光调制器(AOM)移频原理实现分频，但该发明专利对于N分频需要N个声光调制器(AOM)，且声光调制器的驱动频率各不相同，因此需要相当复杂的驱动频率综合系统。同时需要N阶等臂长的Mach-Zehnder光纤干涉仪，臂长相等是保证光学频率梳精确分频的关键。对于重复频率250MHz的光学频率梳，如果重复频率相差0.1MHz，光纤干涉仪的臂长差别需要控制在0.16mm以内。光纤干涉仪的臂长控制通常采用光纤熔接机熔接一定长度的光纤来实现，而光纤熔接机或者没有长度控制功能，或者长度控制达不到要求，因此N阶等臂长的Mach-Zehnder光纤干涉仪的制造非常困难。这些就使得公开号为CN105259724A的发明专利申请中提供的基于等臂长的Mach-Zehnder光纤干涉仪并结合声光调制器(AOM)移频原理实现分频的方案难以实现对光学频率梳精确分频的技术目的，在实际中难以推广应用。且公开号为CN105259724A的发明专利申请中提供的基于光纤干涉仪的光学频率梳重复频率分频器，其整个分频系统相当复杂，体积庞大，难以实际应用。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法及分频器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，包括：
将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路，分别为第一路激光光信号和第二路激光光信号；
基于第一路激光光信号通过光电转换产生驱动电光调制器的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
基于电光调制器对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新光学频率梳重复频率为原光学频率梳的重复频率的1/N。
进一步地，本发明中：基于第一路激光光信号产生驱动电光调制器的射频信号，包括：
基于第一路激光光信号产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，并对其进行放大、带通滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，再经N分频器输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器。
另一方面，本发明提供一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，包括：
分光器，将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路；
电光调制器驱动频率综合器，接收分光器分光后输出的第一路激光光信号，产生驱动电光调制器的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
电光调制器，接收分光器分光后输出的第二路激光光信号，对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率frep的1/N。
进一步地，本发明中所述电光调制器驱动频率综合器接收第一路激光光信号，基于第一路激光光信号产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，再对其进行放大、带通滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，最后经N分频器输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器。
进一步地，本发明中所述电光调制器驱动频率综合器由高速光电管、放大器、带通滤波器以及N分频器构成。
具体地，所述分光器的光输入端接收原光学频率梳发出的原始激光光信号，所述分光器的第一光输出端用于输出第一路激光光信号，所述分光器的第一光输出端与所述高速光电管的光输入端相连；所述分光器的第二光输出端用于输出第二路激光光信号，所述分光器的第二光输出端与所述电光调制器的光输入端相连；
所述的高速光电管的射频信号输出端与所述放大器的输入端相连，该放大器的输出端与所述带通滤波器的输入端相连，该带通滤波器的输出端与所述N分频器的输入端相连，所述N分频器的输出端与所述电光调制器的驱动频率输入端相连；
所述电光调制器的光输出端输出新的光学频率梳光信号。
进一步地，本发明中所述原光学频率梳发出的原始激光光信号通过自由空间传输，所述分光器为分束器或偏振分束器；或者所述原光学频率梳发出的原始激光光信号通过光纤传输，所述分光器为光纤分束器。
进一步地，本发明中所述的电光调制器的光谱响应范围与原光学频率梳的光谱范围一致。
本发明使用电光调制器(EOM)，利用其调制边带达到对光学频率梳重复频率分频的目的。相比现有技术，本发明的技术效果：
1)本发明可以实现对光学频率梳重复频率的改变，产生新的光学频率梳。具体地，通过电光调制器(EOM)的对称分布的调制边带，且控制其驱动频率为fEOM＝frep/N(即调制边带的间距)，实现分频，产生新的光学频率梳，新的光学频率梳其重复频率为原光学频率梳重复频率的1/N。
2)采用电光调制器驱动频率综合系统直接从原光学频率梳中提取其重复频率frep，并且直接产生电光调制器(EOM)的驱动频率fEOM＝frep/N，因此实现两者同源，相位一致，进而保证产生的新的光学频率梳各个梳齿的相干性和一致性。
3)本发明提供的分频器的光路部分只有分光器和电光调制器，电子学部分只用到高速光电管、放大器、带通滤波器及分频器等，系统极其简单，可实现性高，可模块化、集成化。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明提出的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器的系统框图；
图2是电光调制器的调制边带示意图；
图3是基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器示意图；
图4是本发明一实施例中提供的基于电光调制器的光学频率梳重复频率二分频器的系统框图；
图中标注：
100、分光器；
200、电光调制器驱动频率综合器；201、高速光电管；202、放大器；203、带通滤波器；204、N分频器；
300、电光调制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明一实施例中，提供一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法，包括：
将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路，分别为第一路激光光信号和第二路激光光信号；
基于第一路激光光信号通过光电转换产生驱动电光调制器的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
基于电光调制器对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新光学频率梳重复频率为原光学频率梳的重复频率的1/N。
本发明上述实施例中，基于第一路激光光信号产生驱动电光调制器的射频信号，第一路激光光信号由原光学频率梳发出的原始激光光信号分光而来，因此实现两者同源，相位一致，进而保证产生的新的光学频率梳各个梳齿的相干性和一致性。
在一优选实施例中，基于第一路激光光信号产生驱动电光调制器的射频信号，包括：
基于第一路激光光信号产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，并对其进行放大、带通滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，再经N分频器输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器。
本发明一实施例中，参阅图1-图3，提供一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其中图1是本发明提出的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器的系统框图；图2是电光调制器的调制边带示意图；图3是基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器示意图。如图1所示，包括分光器100、电光调制器驱动频率综合器200以及电光调制器300三个部分。
所述分光器100，将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路；
所述电光调制器驱动频率综合器200，接收分光器100分光后输出的第一路激光光信号，产生驱动电光调制器300的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
所述电光调制器300，接收分光器100分光后输出的第二路激光光信号，对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率frep的1/N。
本发明所述电光调制器为以电光效应为基础制作的光调制模块，可以对光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带。
在一实施例中，所述电光调制器驱动频率综合器由高速光电管201、放大器202、带通滤波器203以及N分频器204构成。
所述分光器100的光输入端接收原光学频率梳发出的原始激光光信号，所述分光器100的第一光输出端用于输出第一路激光光信号，所述分光器100的第一光输出端与所述高速光电管201的光输入端相连；所述分光器100的第二光输出端用于输出第二路激光光信号，所述分光器100的第二光输出端与所述电光调制器300的光输入端相连；
所述的高速光电管201的射频信号输出端与所述放大器202的输入端相连，该放大器202的输出端与所述带通滤波器203的输入端相连，该带通滤波器203的输出端与所述N分频器204的输入端相连，所述N分频器204的输出端与所述电光调制器300的驱动频率输入端相连；
所述电光调制器300的光输出端输出新的光学频率梳光信号。
上述实施例中，所述分光器100的光输入端接收原光学频率梳的原始激光光信号，并将其分成两路信号传输，高速光电管201基于第一路激光光信号通过光电转换产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，再依次由放大器202、带通滤波器203对其进行放大、滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，最后经N分频器204输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器300。
电光调制器300对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率frep的1/N。
参照图4，在本发明一实施例中，提供一种基于电光调制器的光学频率梳重复频率二分频器,由图可见，本实施例基于电光调制器(EOM)的光学频率梳重复频率二分频器的构成包括分光器100、电光调制器驱动频率综合器200以及电光调制器300。
所述分光器100，将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路；
所述电光调制器驱动频率综合器200，接收分光器100分光后输出的第一路激光光信号，产生驱动电光调制器300的射频信号，射频信号的频率为frep/2，其中frep为原光学频率梳重复频率；
所述电光调制器300，接收分光器100分光后输出的第二路激光光信号，对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的二分频，产生新的光学频率梳光信号，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率frep的1/2。
所述电光调制器驱动频率综合器由高速光电管201、放大器202、带通滤波器203以及N分频器204构成，其中N分频器204为二分频器。
所述分光器100的光输入端接收原光学频率梳发出的原始激光光信号，分光器100的第一光输出端与所述高速光电管201的光输入端相连，产生的原光学频率梳的重复频率及其谐波信号，由所述高速光电管201的射频信号电输出端输出；分光器100的第二光输出端与所述电光调制器300的光输入端相连，所述所述电光调制器300的光输出端输出新的光学频率梳光信号。
所述高速光电管201的射频信号输出端与所述放大器202的输入端相连，该放大器202的输出端与所述带通滤波器203的输入端相连，该带通滤波器203的输出端与所述二分频器的输入端相连，该二分频器的输出端与所述电光调制器300的驱动频率输入端相连，对分光器100分光后输出的第二路激光光信号进行相位调制，实现重复频率的二分频。
具体工作过程如下：
原光学频率梳发出的原激光光信号的频率为vcomb＝n*frep+f0，经过分光器100成两路光信号，第一路激光光信号进入电光调制器驱动频率综合系统200，第二路激光光信号进入电光调制器300。由高速光电管201、放大器202、带通滤波器203及二分频器204构成电光调制器驱动频率综合系统200。第一路激光光信号被高速光电管201接收，输出的光学频率梳重复频率的谐波信号，经过放大器202放大进入带通滤波器203，带通滤波器203输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，再进入二分频器204，二分频器204输出的射频信号的频率为frep/2，用以驱动电光调制器300，电光调制器300输出的光信号与原光学频率梳输出的光信号相比，重复频率frep'＝frep/2。故此本发明可以产生新的光学频率梳，其重复频率为原光学频率梳重复频率的1/2。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法，其特征在于，包括：
将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路，分别为第一路激光光信号和第二路激光光信号；
基于第一路激光光信号通过光电转换产生驱动电光调制器的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
基于电光调制器对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新光学频率梳重复频率为原光学频率梳的重复频率的1/N。
2.根据权利要求1所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法，其特征在于，基于第一路激光光信号通过光电转换产生驱动电光调制器的射频信号，包括：
基于第一路激光光信号产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，并对其进行放大、带通滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，再经N分频器输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器。
3.根据权利要求1或2所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频方法，其特征在于，N＝2。
4.基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，包括：
分光器，将原光学频率梳发出的原始激光光信号按照一定的光功率比例分成两路；
电光调制器驱动频率综合器，接收分光器分光后输出的第一路激光光信号，产生驱动电光调制器的射频信号，射频信号的频率为frep/N，其中frep为原光学频率梳重复频率，N≥2；
电光调制器，接收分光器分光后输出的第二路激光光信号，对第二路激光光信号进行相位调制，在中心频率的两侧产生等间距对称分布的调制边带，实现重复频率的N分频，产生新的光学频率梳光信号，新的光学频率梳重复频率为原光学频率梳重复频率frep的1/N。
5.根据权利要求4所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，所述电光调制器驱动频率综合器接收第一路激光光信号，基于第一路激光光信号产生并输出原光学频率梳重复频率frep及其谐波信号，再对其进行放大、带通滤波后输出原光学频率梳重复频率frep的基频信号，最后经N分频器输出频率为frep/N的射频信号，用以驱动电光调制器。
6.根据权利要求5所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，所述电光调制器驱动频率综合器由高速光电管、放大器、带通滤波器以及N分频器构成。
7.根据权利要求6所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，所述分光器的光输入端接收原光学频率梳发出的原始激光光信号，所述分光器的第一光输出端用于输出第一路激光光信号，所述分光器的第一光输出端与所述高速光电管的光输入端相连；所述分光器的第二光输出端用于输出第二路激光光信号，所述分光器的第二光输出端与所述电光调制器的光输入端相连；
所述的高速光电管的射频信号输出端与所述放大器的输入端相连，该放大器的输出端与所述带通滤波器的输入端相连，该带通滤波器的输出端与所述N分频器的输入端相连，所述N分频器的输出端与所述电光调制器的驱动频率输入端相连；
所述电光调制器的光输出端输出新的光学频率梳光信号。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，N＝2。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，所述原光学频率梳发出的原始激光光信号通过自由空间传输，所述分光器为分束器或偏振分束器；或者所述原光学频率梳发出的原始激光光信号通过光纤传输，所述分光器为光纤分束器。
10.根据权利要求9所述的基于电光调制器的光学频率梳重复频率分频器，其特征在于，所述的电光调制器的光谱响应范围与原光学频率梳的光谱范围一致。
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Date Code Title Description
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Huang Junchao

Inventor after: Nie Hongshan

Inventor after: Jiang Qi

Inventor after: Chen Guang

Inventor after: Liao Wei

Inventor after: Su Yifan

Inventor before: Huang Junchao

Inventor before: Xue Yicong

Inventor before: Nie Hongshan

Inventor before: Jiang Qi

Inventor before: Chen Guang

Inventor before: Sun Xiaojing

Inventor before: Liao Wei

Inventor before: Su Yifan

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
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