CN108594478A - 基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法 - Google Patents

基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光通信技术领域，公开了一种基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法，设置射频信号源的幅值和直流电压源的偏置电压大小，调节偏振控制器的偏振角度，获得超平坦的光功率，且光学频率梳可调。采用双偏振调制器结构，通过调节两支路马赫‑曾德尔调制器的射频幅值和直流偏置电压，产生了9线超平坦的光学频率梳，且实现了该结构的光学频率梳线数可调、谱线间隔可调。本发明中使用的射频信号源输出功率并不是很大，相对容易满足；产生的光学频率梳抑制比较高，有利于实际应用。本发明产生的光学频率梳性能较好，***结构相对简单，容易实现，可有效地降低***成本，对其在光通信领域的应用和发展具有重要意义。

Description

基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，尤其涉及一种基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法。
背景技术
目前，业内常用的光学频率梳产生技术主要有四种。一是基于光电谐振器的方案，原理新颖产生的光学频率梳平坦度性能良好，但是谐振腔容易受环境影响，可调性和稳定性差，所以这一方案总是存在缺陷；二是基于微环谐振腔的方案，方案中抽运光源在一定条件下可以在微环谐振腔中产生回音壁模式，利用回音壁的特殊性质来展宽入射光的频谱形成光学频率梳，然而其在平坦度指标上表现较差；三是基于高度非线性介质中的非线性效应，可以生成较宽频谱的光学频率梳，但方案中的非线性过程难以精确控制，而且需要使用高功率放大器和光子滤波器，成本较高；四是外调制技术，把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光信号，实现调制速率和接收灵敏度的提高。这种方式的优势日益明显，尤其适用于大容量的波分复用和相干光通信***。现在已存在多种外调制方案，例如使用强度调制器、相位调制器或马赫-曾德尔调制器(DPMZM)等。使用两个强度调制器和一个相位调制器级联组合可以产生平坦度小于1dB的38线超平坦光学频率梳，但是必须使用特定的射频波形，对技术精确度要求过高，生产成本随之增加。使用双平行DPMZM可产生7线光学频率梳，但DPMZM的三个偏置电压必须严格控制才能达到良好的功率平坦度。
综上所述，目前使用的外调制技术在实现光学频率梳的平坦度和技术操作性之间很难达到平衡，能够获得超平坦光学频率梳的方案通常设备复杂、操作要求精确、成本较高，不利于实际应用。
基于外调制的光梳生成技术是国内外最受关注、最有潜在应用价值的光通信技术之一，能够丰富外调制技术，在现有基础上创新出易操作、性能好的外调制器应用方案，并产生平坦度性能良好的光学频率梳，对光通信领域的应用发展具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置及方法。
本发明是这样实现的，一种基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法通过设置射频信号源的幅值和直流电压源的偏置电压大小，调节偏振控制器的偏振角度，获得超平坦的光功率，且光学频率梳可调。
进一步，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法包括以下步骤：
步骤一，光源产生工作波长为1550nm连续光波，连续光波输入到半波电压为3.5V的双偏振调制器中；10GHz的射频信号通过功率分配器被分为两个分支，分别经过两个电放大器放大，上支路经过2倍乘法器调整射频频率然后输入到上臂MZM-1，下支路直接输入到下臂MZM-2；
步骤二，输入MZM-1的射频驱动信号的频率为20GHz、振幅为2.05V，并设置其直流电压输出为0.55V，产生5线平坦光梳，谱线间距为20GHz；
步骤三，下臂MZM-2，射频驱动信号频率为10GHz；
步骤四，调整偏振角α，由两个子调制器得到的两个光学频率梳的幅值相等， MZM-1在传输峰值偏振，得到9线光梳。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置设置有：
激光器；
激光器的光源输出端口与双偏振调制器的输入端口相接；射频信号源的输出端口分两路，第一路进行2倍处理后，经过放大器与双偏振调制器子调制器 MZM-1的射频输入端口相接，第二路经过放大器与双偏振调制器子调制器 MZM-2的射频输入端口相接；直流电压源DC1的输出端与子调制器MZM-1的直流端口相接，直流电压源DC2的输出端与子调制器MZM-2的直流端口相接；双偏振调制器的输出端口经过偏振控制器、偏振调制器后与光谱分析仪相接，测量产生的光学频率梳的光谱图。
进一步，所述双偏振调制器由偏振分束器、两个马赫-曾德尔调制器、偏振合束器共四部分构成。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法的激光器。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：通过调整DPol-MZM上臂MZM-1 的射频信号幅值与直流电压偏置产生5线光梳，而通过下臂MZM-2在最小传输点的偏置产生4线光梳。如果由MZM-2生成的光学频率梳频率间隔是MZM-1 产生的光学频率梳频率间隔的两倍，就可通过DPol-MZM生成9线的光学频率梳。当使用级联调制器时，梳状线数可增加，可以实现频谱的扩展。本发明采用双偏振调制器(DPol-MZM)进行外调制来生成光学频率梳，通过调节 DPol-MZM上下子调制器的射频幅值和直流偏置电压，调节偏振控制器的偏振角度，产生了9线超平坦的光学频率梳，且抑制比较高。可以获得超平坦的特性，且具有线数可调、谱线间隔可调、抑制比较高等优点，对其在光通信领域的应用和发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置结构示意图；
图中：1、激光器；2、偏振控制器；3、偏振分束器；4、双偏振调制器；5、射频信号源；6、放大器；7、放大器；8、直流电压源；9、直流电压源；10、偏振合束器；11、偏振控制器；12、偏振调制器；13、光谱分析仪。
图2是本发明实施例提供的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法流程图。
图3是本发明实施例提供的双偏振调制器上臂子调制器MZM-1产生5线平坦光梳，下臂子调制器MZM-2产生4线平坦光梳，最终产生9线平坦光梳的输出光谱图。
图4是本发明实施例提供的产生9线平坦光梳的实验光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过设置射频信号源的幅值和直流电压源的偏置电压大小，调节偏振控制器的偏振角度，获得超平坦的光功率，且光学频率梳可调。本发明设备简单，可以大大减少WDM***中光源的数量，从而降低***成本，非常适合用来进行精密光学研究和应用，对比现有技术具有较大的优势。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置包括：包括激光器1、偏振控制器2、偏振控制器11、偏振分束器3、偏振合束器10、射频信号源5、放大器6、放大器7、直流电压源8、直流电压源9、双偏振调制器4、偏振调制器12、光谱分析仪13。
其中双偏振调制器4由偏振分束器3、两个马赫-曾德尔调制器、偏振合束器10共四部分构成。激光器1的光源输出端口与双偏振调制器4的输入端口相接；射频信号源5的输出端口分两路，第一路进行2倍处理后，经过放大器6 与双偏振调制器4子调制器MZM-1的射频输入端口相接，第二路经过放大器7 与双偏振调制器4子调制器MZM-2的射频输入端口相接；直流电压源8的输出端与子调制器MZM-1的直流端口相接，直流电压源9的输出端与子调制器 MZM-2的直流端口相接；双偏振调制器4的输出端口经过偏振控制器11、偏振调制器12后与光谱分析仪13相接，测量该装置产生的光学频率梳的光谱图。
如图2所示，本发明实施例提供的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法包括：
S201：光源产生工作波长为1550nm连续光波，连续光波输入到半波电压为 3.5V的双偏振调制器中。10GHz的射频信号通过功率分配器被分为两个分支，然后分别经过两个电放大器放大，上支路经过2倍乘法器调整射频频率然后输入到上臂MZM-1，下支路直接输入到下臂MZM-2；
S202：输入MZM-1的射频驱动信号的频率为20GHz、振幅为2.05V，并设置其直流电压输出为0.55V，从而产生了5线平坦光梳，如图3所示，谱线间距为20GHz；
S203：下臂MZM-2，设置其射频驱动信号频率为10GHz。如上所述，MZM-2 在最小传输点偏振，MZM-2的偶次谐波被抑制。随着输入MZM-1的射频信号功率增加，射频调制指数m2＝3.05时，如图3所示可以获得谱线间距为20GHz 的4线平坦光梳；
S204：调整偏振角α，由两个子调制器得到的两个光学频率梳的幅值相等。正如以上分析，MZM-1在传输峰值偏振。所以如图3所示，得到9线光梳。与我们最初的数值分析一致。
下面结合超平坦光学频率梳的性能对本发明的应用效果作详细的描述。
设置中心波长为1550nm的连续激光通过偏振控制器PC1注入 DPOL-MZM。DPOL-MZM两臂的子调制器具有3dB带宽，30GHz的频率以及 [email protected]的半波电压。10GHz的RF信号通过功率分配器被分为两个分支，然后经两个电放大器放大，同时上分支使用2倍乘法器用以调整射频频率。使用光谱分析仪(OSA)可以分别观察到上下支路的平坦光学频率梳。通过调整RF1、RF2、DC1的振幅以及偏振角α，如图3所示，可以获得9线的光学频率梳，平坦度约为0.63dB，抑制比为17.5dB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (5)

1.一种基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法，其特征在于，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法设置射频信号源的幅值和直流电压源的偏置电压大小，调节偏振控制器的偏振角度，获得超平坦的光功率，且光学频率梳可调。
2.如权利要求1所述的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法，其特征在于，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法包括以下步骤：
步骤一，光源产生工作波长为1550nm连续光波，连续光波输入到半波电压为3.5V的双偏振调制器中；10GHz的射频信号通过功率分配器被分为两个分支，分别经过两个电放大器放大，上支路经过2倍乘法器调整射频频率然后输入到上臂MZM-1，下支路直接输入到下臂MZM-2；
步骤二，输入MZM-1的射频驱动信号的频率为20GHz、振幅为2.05V，并设置其直流电压输出为0.55V，产生5线平坦光梳，谱线间距为20GHz；
步骤三，下臂MZM-2，射频驱动信号频率为10GHz；
步骤四，调整偏振角α，由两个子调制器得到的两个光学频率梳的幅值相等，MZM-1在传输峰值偏振，得到9线光梳。
3.一种如权利要求1所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置，其特征在于，所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置设置有：
激光器；
激光器的光源输出端口与双偏振调制器的输入端口相接；射频信号源的输出端口分两路，第一路进行2倍处理后，经过放大器与双偏振调制器子调制器MZM-1的射频输入端口相接，第二路经过放大器与双偏振调制器子调制器MZM-2的射频输入端口相接；直流电压源DC1的输出端与子调制器MZM-1的直流端口相接，直流电压源DC2的输出端与子调制器MZM-2的直流端口相接；双偏振调制器的输出端口经过偏振控制器、偏振调制器后与光谱分析仪相接，测量产生的光学频率梳的光谱图。
4.如权利要求3所述的产生方法的基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生装置，其特征在于，所述双偏振调制器由偏振分束器、两个马赫-曾德尔调制器、偏振合束器共四部分构成。
5.一种应用权利要求1～2任意一项所述基于双偏振调制器的超平坦光学频率梳的产生方法的激光器。
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